JP2013209279A - Hydrogen production method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen production method which can convert an organic substance into hydrogen by efficiently reforming the organic substance by using a gas capable of being stably supplied, and can stably produce hydrogen at high efficiency with minimal production amounts of heavy fractions or carbonaceous materials, and furthermore which can be implemented by using relatively simple equipment, in a method for producing hydrogen by reforming an organic substance.SOLUTION: In producing hydrogen by reforming an organic substance, excess water vapor is added to an exhaust gas (g) containing carbon monoxide generated by a metallurgical furnace and a shift reaction is carried out, thereby constituting a mixed gas (g) containing hydrogen and carbon dioxide produced by the shift reaction, and water vapor not consumed by the shift reaction. The mixed gas (g) is brought into contact with the organic substance, bringing about a reforming reaction which converts the organic substance into lower molecules, and the product generated by the reforming reaction is steam reformed, thereby producing hydrogen.

Description

本発明は、プラスチックなどの有機物質を改質して水素を製造する方法、並びに有機物質を改質して製造した水素を利用する高炉や製鉄所の操業方法に関する。   The present invention relates to a method for producing hydrogen by reforming an organic substance such as plastic, and a method for operating a blast furnace or a steelworks using hydrogen produced by modifying an organic substance.

廃プラスチック、含油スラッジ、廃油などの多くは焼却処理されているのが現状である。しかし、焼却処理ではCO発生などの環境負荷が高く、また、焼却炉の熱的損傷の問題もあり、ケミカルリサイクル技術の確立が求められている。
ケミカルリサイクル技術のなかでも、有機物質を改質して水素に転換するための技術は、廃プラスチックを中心に従来から種々検討がなされ、例えば、以下のような提案がなされている。
At present, most of waste plastic, oil-impregnated sludge, waste oil, etc. are incinerated. However, the incineration process has a high environmental load such as CO 2 generation, and there is a problem of thermal damage of the incinerator, so that establishment of chemical recycling technology is required.
Among the chemical recycling technologies, technologies for reforming organic substances to convert them into hydrogen have been conventionally studied mainly on waste plastics. For example, the following proposals have been made.

特許文献1には、水素濃度60vol%以上、好ましくは80vol%以上、温度600℃以上のコークス炉ガス(COG)をプラスチックなどの有機物質と反応させることにより、有機物質を高効率で水素化分解・ガス化し、COGを増熱化する方法が開示されている。
また、特許文献2には、石油の流動接触触媒(FCC)を熱媒体兼触媒として用い、温度350〜500℃でプラスチックを分解して液体燃料に変換する方法が開示されている。
Patent Document 1 discloses that a coke oven gas (COG) having a hydrogen concentration of 60 vol% or more, preferably 80 vol% or more and a temperature of 600 ° C. or more is reacted with an organic substance such as plastic to hydrocrack the organic substance with high efficiency. A method for gasifying and increasing the temperature of COG is disclosed.
Patent Document 2 discloses a method in which a plastic fluid contact catalyst (FCC) is used as a heat medium and catalyst, and plastic is decomposed and converted into liquid fuel at a temperature of 350 to 500 ° C.

また、特許文献3には、RDFや木材などを熱分解するにあたり、熱分解で生成したガスを水蒸気改質し、この水蒸気改質により水素濃度を高くしたガスを熱分解部に循環し、水素濃度を高くしたガス雰囲気で熱分解を行う方法が開示されている。
特許文献4には、無酸素状態で有機物を熱分解し、熱分解で発生した炭化水素を水蒸気改質して水素を製造する方法が開示されている。
また、特許文献5には、酸化触媒の存在下、プラスチックを熱分解し、熱分解で触媒表面に沈積した炭化物に水蒸気を反応させて水素を製造する方法が開示されている。
Further, in Patent Document 3, when pyrolyzing RDF, wood, etc., the gas generated by pyrolysis is steam reformed, and the gas having a high hydrogen concentration by this steam reforming is circulated to the pyrolysis section to generate hydrogen. A method of performing pyrolysis in a gas atmosphere with a high concentration is disclosed.
Patent Document 4 discloses a method of producing hydrogen by thermally decomposing an organic substance in an oxygen-free state and steam reforming a hydrocarbon generated by the pyrolysis.
Patent Document 5 discloses a method for producing hydrogen by thermally decomposing a plastic in the presence of an oxidation catalyst and reacting water vapor with a carbide deposited on the catalyst surface by pyrolysis.

特開2007−224206号公報JP 2007-224206 A 特開2010−013657号公報JP 2010-013657 A 特開2001−131560号公報JP 2001-131560 A 特開2003−221203号公報JP 2003-221203 A 特開平5−330801号公報JP-A-5-330801

しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題がある。
まず、特許文献1に関しては、COG中の水素濃度が60vol%以上となるのは石炭乾留工程のうちでも乾留末期に限られるので、特許文献1の方法では、乾留末期のタイミングでガス流路を切替え、多量のダストを含む600℃以上のCOGをプラスチック水素化分解反応器に供給する必要がある。しかし、このような過酷な条件で、流路切替弁を長期間安定して作動させ続けることは困難であり、この意味で実現性に乏しい技術であると言える。さらに、プラスチックの効率的なガス化のためには、60vol%以上の水素を含有するCOGを連続的に水素化分解反応器に供給することが必要であるが、このためには炭化室毎に水素濃度計と流路切替弁を設置する必要があり、設備コストが増大する。
However, the above prior art has the following problems.
First, regarding Patent Document 1, since the hydrogen concentration in COG is 60 vol% or more is limited to the end of the dry distillation in the coal dry distillation process, in the method of Patent Document 1, the gas flow path is opened at the end of the dry distillation. It is necessary to switch and supply COG of 600 ° C. or more containing a large amount of dust to the plastic hydrocracking reactor. However, it is difficult to stably operate the flow path switching valve for a long time under such a severe condition, and in this sense, it can be said that the technique is poor in feasibility. Furthermore, for efficient gasification of plastics, it is necessary to continuously supply COG containing 60 vol% or more of hydrogen to the hydrocracking reactor. It is necessary to install a hydrogen concentration meter and a flow path switching valve, which increases equipment costs.

また、特許文献2の方法は、FCC触媒添加によって接触分解と芳香族化が進むものの、不活性ガスフローで反応を行っているため、重油分とコークが合計で13質量%生成しており(実施例1)、軽質燃料の製造技術として満足できる水準とは言えない。
また、特許文献3の方法で生成するガスは、H、CO、COが主体で、燃焼熱が冶金炉発生排ガスのそれよりやや低い1800kcal/Nm程度のものであり、気体燃料としての価値は限定的なものとなる。
特許文献4の方法は、熱分解法によってプラスチック等の有機物質から炭化水素を生成させ、これを水蒸気改質して水素に変換しているため、熱分解時に生成する炭素質から水素を製造することができず、水素製造効率が低いという問題がある。また、生成する炭素質は灰分とともに熱分解炉から残渣として抜出されるため、リサイクル困難な廃棄物を増加させることになる。
Moreover, although the method of patent document 2 advances catalytic cracking and aromatization by FCC catalyst addition, since it reacts by an inert gas flow, 13 mass% of heavy oil components and coke are produced | generated in total ( Example 1) is not a satisfactory level as a light fuel production technology.
Further, the gas generated by the method of Patent Document 3 is mainly H 2 , CO, and CO 2 , and the combustion heat is about 1800 kcal / Nm 3 that is slightly lower than that of the exhaust gas generated from the metallurgical furnace. The value is limited.
In the method of Patent Document 4, hydrocarbons are generated from organic substances such as plastics by a thermal decomposition method, and this is steam-reformed and converted to hydrogen. Therefore, hydrogen is produced from the carbonaceous material generated during the thermal decomposition. There is a problem that the hydrogen production efficiency is low. In addition, since the generated carbonaceous matter is extracted as a residue from the pyrolysis furnace together with the ash, waste that is difficult to recycle is increased.

また、特許文献5の方法は、熱分解で生成し、触媒表面に沈積した炭化物に水蒸気を反応させるものであるが、触媒細孔内に沈積した炭化物全てを水蒸気と反応させることは困難であり、水素製造効率が低いばかりでなく、反応せずに残留した炭化物によって触媒も失活することになり、高コストとなる問題がある。
また、一般に、プラスチック等の有機物質を水蒸気の存在下で改質すれば水素を製造することができるが、プラスチック等の有機物質を高効率に改質する技術は知られていないのが現状である。
Moreover, although the method of patent document 5 reacts water vapor | steam with the carbide | carbonized_material produced | generated by thermal decomposition and deposited on the catalyst surface, it is difficult to react all the carbide | carbonized_material deposited in the catalyst pore with water vapor | steam. In addition to the low hydrogen production efficiency, there is a problem that the catalyst is deactivated by the carbide remaining without reacting, resulting in high cost.
In general, hydrogen can be produced by reforming organic materials such as plastics in the presence of water vapor, but there are currently no known technologies for reforming organic materials such as plastics with high efficiency. is there.

したがって本発明の目的は、プラスチックなどの有機物質を改質して水素を製造する方法において、安定的に供給可能なガスを用いて有機物質を効率的に改質して水素に変換することができるとともに、重質分や炭素質の生成量が少なく、且つ水素を安定的且つ高効率に製造することができ、しかも比較的簡易な設備で実施することができる水素の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to efficiently reform an organic substance into a hydrogen by using a gas that can be stably supplied in a method for producing hydrogen by reforming an organic substance such as plastic. To provide a method for producing hydrogen that can be produced with a relatively simple facility, capable of producing hydrogen in a stable and highly efficient manner with a small amount of heavy components and carbonaceous matter. It is in.

本発明者らは、上記課題を解決するため検討を重ねた結果、以下のような方法が有効であることを見出した。
(ア) 一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスに過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガスを得る。そして、この混合ガスを利用して有機物質を改質(低分子化)し、この改質により生じた生成物(炭化水素)を水蒸気改質する(炭化水素を水素と一酸化炭素に変換する)。
(イ) 好ましくは、上記(ア)の方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物を水蒸気改質した後、さらにシフト反応(一酸化炭素を水素に変換)を行わせる。或いは、上記(ア)の方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物から気体生成物(軽質炭化水素)を分離し、この気体生成物を水蒸気改質した後、さらにシフト反応(一酸化炭素を水素に変換)を行わせる。
また、上記有機物質改質用の混合ガス(シフト反応生成ガス)の組成には好適範囲があることが判った。
As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors have found that the following method is effective.
(A) By adding excess steam to the metallurgical furnace-generated exhaust gas containing carbon monoxide to cause a shift reaction, hydrogen and carbon dioxide generated by the shift reaction and steam not consumed in the shift reaction A mixed gas containing is obtained. Then, this mixed gas is used to reform the organic substance (lower molecular weight), and the product (hydrocarbon) generated by this reforming is steam reformed (the hydrocarbon is converted into hydrogen and carbon monoxide). ).
(A) Preferably, in the method (A) above, after the product produced by the reforming reaction of the organic substance is steam reformed, a shift reaction (converting carbon monoxide into hydrogen) is further performed. Alternatively, in the method (a), a gas product (light hydrocarbon) is separated from a product generated by the reforming reaction of the organic substance, the gas product is steam reformed, and then a shift reaction (one Carbon dioxide is converted to hydrogen).
It was also found that the composition of the mixed gas (shift reaction product gas) for modifying the organic substance has a suitable range.

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]有機物質を改質して水素を製造するにあたり、冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス(g)に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素及び炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス(g)とし、この混合ガス(g)を有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせ、該改質反応により生じた生成物を水蒸気改質することにより水素を生成させることを特徴とする水素の製造方法。
[2]上記[1]の製造方法において、混合ガス(g)は、水蒸気濃度が5〜70vol%であることを特徴とする水素の製造方法。
The present invention has been made on the basis of such findings and has the following gist.
[1] In producing hydrogen by reforming an organic substance, a shift reaction is performed by adding excess water vapor to an exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in a metallurgical furnace to cause a shift reaction. The mixed gas (g) containing hydrogen and carbon dioxide gas generated in step 1 and water vapor not consumed in the shift reaction is brought into contact with the organic substance to reform the organic substance and reduce the amount. A method for producing hydrogen, wherein a hydrogenation is generated by causing a molecularization reaction and steam reforming a product generated by the reforming reaction.
[2] The method for producing hydrogen according to [1], wherein the mixed gas (g) has a water vapor concentration of 5 to 70 vol%.

[3]上記[1]又は[2]の製造方法において、混合ガス(g)は、水素濃度が5vol%以上、炭酸ガス濃度が5vol%以上であることを特徴とする水素の製造方法。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの製造方法において、排ガス(g)は、一酸化炭素濃度が25〜80vol%、二酸化炭素濃度が10〜25vol%、窒素濃度が10〜30vol%、水素濃度が0〜20vol%であることを特徴とする水素の製造方法。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかの製造方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物を水蒸気改質した後、さらにシフト反応を行わせることにより水素を生成させることを特徴とする水素の製造方法。
[3] The method for producing hydrogen according to [1] or [2], wherein the mixed gas (g) has a hydrogen concentration of 5 vol% or more and a carbon dioxide gas concentration of 5 vol% or more.
[4] In the production method of any one of [1] to [3], the exhaust gas (g 0 ) has a carbon monoxide concentration of 25 to 80 vol%, a carbon dioxide concentration of 10 to 25 vol%, and a nitrogen concentration of 10 to 10. 30 vol% and hydrogen concentration are 0-20 vol%, The manufacturing method of hydrogen characterized by the above-mentioned.
[5] In the production method according to any one of [1] to [4] above, the product generated by the reforming reaction of the organic substance is steam reformed, and then hydrogen is generated by further performing a shift reaction. A process for producing hydrogen, characterized in that

[6]上記[5]の製造方法において、水蒸気改質で生成したガスを冷却した後、水蒸気又は/及び水を添加してシフト反応を行うことを特徴とする水素の製造方法。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの製造方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物から気体生成物を分離し、該気体生成物を水蒸気改質することを特徴とする水素の製造方法。
[8]上記[1]〜[6]のいずれかの製造方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物から液体生成物を分離し、該液体生成物を水蒸気改質することを特徴とする水素の製造方法。
[6] The method for producing hydrogen according to the above [5], wherein after the gas generated by the steam reforming is cooled, the shift reaction is performed by adding steam or / and water.
[7] The method according to any one of [1] to [6] above, wherein a gas product is separated from a product generated by a reforming reaction of an organic substance, and the gas product is steam-reformed. A method for producing hydrogen.
[8] The method according to any one of [1] to [6] above, wherein a liquid product is separated from a product generated by a reforming reaction of an organic substance, and the liquid product is steam-reformed. A method for producing hydrogen.

[9]上記[1]〜[8]のいずれかの製造方法において、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を別々の反応器内で行い、有機物質の改質反応により生じた生成物に水蒸気を添加して水蒸気改質を行うことを特徴とする水素の製造方法。
[10]上記[1]〜[6]のいずれかの製造方法において、水蒸気改質に必要な水蒸気を含有し若しくは該水蒸気を添加した混合ガス(g)を用い、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で行うことを特徴とする水素の製造方法。
[11]上記[1]〜[10]のいずれかの製造方法において、混合ガス(g)は、水蒸気濃度が20〜70vol%、水素濃度が10〜40vol%、炭酸ガス濃度が10〜40vol%であることを特徴とする水素の製造方法。
[9] In the production method according to any one of [1] to [8] above, the organic material reforming reaction and the steam reforming of the product generated by the reforming reaction are performed in separate reactors, A method for producing hydrogen, wherein steam reforming is performed by adding steam to a product generated by a reforming reaction of a substance.
[10] In the production method of any one of [1] to [6] above, using a mixed gas (g) containing or added with steam necessary for steam reforming, A method for producing hydrogen, characterized in that steam reforming of a product produced by the reforming reaction is performed in one reactor.
[11] In the production method according to any one of [1] to [10], the mixed gas (g) has a water vapor concentration of 20 to 70 vol%, a hydrogen concentration of 10 to 40 vol%, and a carbon dioxide gas concentration of 10 to 40 vol%. A method for producing hydrogen, wherein

[12]上記[1]〜[11]のいずれかの製造方法において、排ガス(g)に対して過剰に添加する水蒸気の過剰割合を調整することにより、混合ガス(g)のガス組成を制御することを特徴とする水素の製造方法。
[13]上記[1]〜[12]のいずれかの製造方法において、流動層において混合ガス(g)を有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせることを特徴とする水素の製造方法。
[14]上記[13]の製造方法において、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を少なくとも流動媒体の一部とする流動層を用いることを特徴とする水素の製造方法。
[15]上記[14]の製造方法において、粉粒体(f)の少なくとも一部が、製鋼工程で発生する鉄含有ダストであることを特徴とする水素の製造方法。
[12] In the production method of any one of [1] to [11] above, the gas composition of the mixed gas (g) is adjusted by adjusting an excess ratio of water vapor added excessively with respect to the exhaust gas (g 0 ). A method for producing hydrogen, characterized by controlling.
[13] In the production method according to any one of [1] to [12] above, the mixed gas (g) is brought into contact with the organic substance in the fluidized bed, thereby causing a reaction that modifies the organic substance to reduce the molecular weight. A method for producing hydrogen, characterized by comprising:
[14] In the production method of [13] above, at least a powder (f) having a true density of 4 to 8 g / cm 3 and containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr is fluidized. A method for producing hydrogen, comprising using a fluidized bed as a part of a medium.
[15] The method for producing hydrogen according to [14], wherein at least a part of the granular material (f) is iron-containing dust generated in a steel making process.

[16]上記[14]又は[15]の製造方法において、流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることを特徴とする水素の製造方法。
[17]上記[1]〜[16]のいずれかの製造方法において、排ガス(g)が、冶金炉で発生した一酸化炭素と窒素を含有する排ガスから窒素の少なくとも一部を分離することで一酸化炭素濃度を高めた排ガスであることを特徴とする水素の製造方法。
[18]上記[1]〜[17]のいずれかの製造方法において、水蒸気改質で生成したガス及び/又は水蒸気改質後のシフト反応で生成したガスから熱回収を行い、回収された熱を、水蒸気改質用の水蒸気及び/又はシフト反応用の水蒸気を生成するための熱源として用いることを特徴とする水素の製造方法。
[16] In the production method of [14] or [15] above, the gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through a dust collector to collect the fluid medium contained in the gas (g p ). A method for producing hydrogen, wherein the collected fluid medium is circulated in a fluidized bed.
[17] In the manufacturing method according to any one of [1] to [16], the exhaust gas (g 0 ) separates at least a part of nitrogen from the exhaust gas containing carbon monoxide and nitrogen generated in the metallurgical furnace. A method for producing hydrogen, characterized in that the exhaust gas has an increased carbon monoxide concentration.
[18] In the production method according to any one of [1] to [17] above, heat is recovered from the gas generated by steam reforming and / or the gas generated by the shift reaction after steam reforming, and the recovered heat Is used as a heat source for producing steam for steam reforming and / or steam for shift reaction.

[19]上記[1]〜[18]のいずれかの製造方法において、水蒸気改質又はその後のシフト反応で得られたガスから水素を分離した後のオフガス、及び/又は、有機物質の改質により生成した気体生成物の一部を、水蒸気改質反応器の熱源用燃料として用いることを特徴とする水素の製造方法。
[20]上記[1]〜[19]のいずれかの製造方法において、改質される有機物質が、プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスの中から選ばれる1種以上であることを特徴とする水素の製造方法。
[21]上記[1]〜[20]のいずれかの製造方法により得られた水素を高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉の操業方法。
[22]上記[1]〜[20]のいずれかの製造方法により得られた水素を、製鉄所内で原料ガス、還元剤、燃料のうちの1つ以上として利用することを特徴とする製鉄所の操業方法。
[19] In the production method according to any one of [1] to [18] above, off-gas and / or organic material reforming after separating hydrogen from gas obtained by steam reforming or subsequent shift reaction A method for producing hydrogen, characterized in that a part of the gas product produced by the method is used as a heat source fuel for a steam reforming reactor.
[20] The method according to any one of [1] to [19], wherein the organic substance to be modified is at least one selected from plastic, oil-containing sludge, waste oil, and biomass. A method for producing hydrogen.
[21] A method for operating a blast furnace, wherein hydrogen obtained by the production method according to any one of [1] to [20] is blown into a blast furnace.
[22] An iron mill characterized in that hydrogen obtained by the production method of any one of [1] to [20] is used as one or more of a raw material gas, a reducing agent, and a fuel in the iron mill. Operating method.

本発明による水素の製造方法によれば、プラスチックなどの有機物質を改質して水素を製造するにあたり、安定的に供給可能なガスを用いて有機物質を効率的に改質して水素を製造することができるとともに、重質分や炭素質の生成量が少なく、且つ水素を安定的且つ高効率に製造することができる。また、実施設備に関しても、特別な計測器や流路切替弁などが必要なく、しかも比較的低い反応温度でも有機物質の改質を行うことができるので、比較的簡易な設備で実施することができる。
また、有機物質改質用の混合ガスとして、一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスに過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで生成した混合ガスを利用することにより、特に効率的で低コストに水素の製造を行うことができる。このため、プラスチックなどの有機物質から大量の水素を安価に製造することができる。また、有機物質改質用の混合ガスを得るためのシフト反応によって生成するCOは、有機物質の改質中に炭酸ガス改質反応でCOに変化するため、有機物質のケミカルリサイクルをCO発生量を増加させることなく実施することが可能となる。
また、本発明による高炉又は製鉄所の操業方法によれば、安価に製造される大量の水素を高炉などの製鉄設備において原料ガス、還元剤、燃料などとして利用できるため、CO排出削減にも貢献できる。
According to the method for producing hydrogen according to the present invention, in producing hydrogen by reforming an organic substance such as plastic, hydrogen is produced by efficiently reforming the organic substance using a gas that can be stably supplied. In addition, it is possible to produce hydrogen in a stable and highly efficient manner while producing a small amount of heavy components and carbonaceous matter. Also, with regard to the implementation equipment, there is no need for special measuring instruments or flow path switching valves, and the organic substance can be reformed even at a relatively low reaction temperature. it can.
In addition, as a mixed gas for reforming organic substances, it is particularly efficient to use a mixed gas generated by adding excess water vapor to a metallurgical furnace-generated exhaust gas containing carbon monoxide to cause a shift reaction. Thus, hydrogen can be produced at low cost. For this reason, a large amount of hydrogen can be produced at low cost from an organic substance such as plastic. In addition, since CO 2 generated by the shift reaction for obtaining the mixed gas for organic substance modification is changed to CO by the carbon dioxide reforming reaction during reforming of the organic substance, chemical recycling of the organic substance is performed by CO 2. It becomes possible to carry out without increasing the generation amount.
Further, according to the operation method of the blast furnace or steel plant according to the invention, a large amount of raw material gas in the steelmaking facilities of the blast furnace hydrogen which is inexpensive to manufacture, reducing agent, since that can be used as such as a fuel, to reduce CO 2 emissions Can contribute.

転炉ガスに水蒸気を添加して行うシフト反応において、水蒸気の添加量とシフト反応後のガスの組成(温度430℃における平衡組成計算値)との関係を示すグラフIn the shift reaction performed by adding water vapor to the converter gas, a graph showing the relationship between the amount of water vapor added and the composition of the gas after the shift reaction (calculated equilibrium composition at a temperature of 430 ° C.) 本発明法により水素を製造するための製造設備の一実施形態を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically one Embodiment of the manufacturing facility for manufacturing hydrogen by this invention method 本発明法により水素を製造するための製造設備の他の実施形態を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically other embodiment of the manufacturing facility for manufacturing hydrogen by this invention method 本発明法において冶金炉発生排ガスのシフト反応と有機物質を低分子化する改質を行うための設備の一実施形態を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically one Embodiment of the equipment for performing the shift reaction of metallurgical furnace generation | occurrence | production waste gas, and the modification | reformation which makes an organic substance low molecular weight in this invention method 本発明法において有機物質の改質で得られた気体生成物を水蒸気改質及びシフト反応させる設備の一実施形態を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically one Embodiment of the equipment which carries out steam reforming and shift reaction of the gas product obtained by modification | reformation of an organic substance in this invention method 本発明法において有機物質を低分子化する改質を行うための設備の一実施形態を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically one Embodiment of the equipment for performing the modification | reformation which makes an organic substance low molecular weight in this invention method [実施例2]において、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質(低分子化)におけるガス化率及び液化率との関係を示すグラフIn [Example 2], the graph which shows the relationship between the water vapor | steam density | concentration of shift reaction product gas, and the gasification rate and liquefaction rate in the modification | reformation (low molecularization) of polyethylene [実施例2]において、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質(低分子化)で得られた気体生成物及び液体生成物のLHVとの関係を示すグラフIn [Example 2], the graph which shows the relationship between the water vapor | steam density | concentration of shift reaction product gas, and LHV of the gas product and liquid product obtained by the modification | reformation (low molecular weight reduction) of polyethylene. [実施例2]において、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質(低分子化)におけるポリエチレン分解率との関係を示すグラフIn [Example 2], the graph which shows the relationship between the water vapor | steam density | concentration of shift reaction product gas, and the polyethylene decomposition rate in the modification | reformation (low molecular weight) of polyethylene [実施例2]において、シフト反応生成ガスの炭酸ガス濃度と、ポリエチレンの改質(低分子化)で得られた気体生成物の水素濃度との関係を示すグラフIn [Example 2], the graph which shows the relationship between the carbon dioxide gas concentration of shift reaction product gas, and the hydrogen concentration of the gas product obtained by the modification | reformation (low molecular weight reduction) of polyethylene [実施例2]において、シフト反応生成ガスの水素濃度と、ポリエチレンの改質(低分子化)で得られた気体生成物の炭酸ガス濃度との関係を示すグラフIn [Example 2], the graph which shows the relationship between the hydrogen concentration of shift reaction product gas, and the carbon dioxide gas concentration of the gas product obtained by the modification | reformation (low molecular weight) of polyethylene

本発明の水素の製造方法では、有機物質を改質して水素を製造するにあたり、冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス(g)(以下、「冶金炉発生排ガス」という場合がある)に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素及び炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス(g)とし、この混合ガス(g)(以下「シフト反応生成ガス」という場合がある。)を有機物質に接触させることで有機物質の改質反応を生じさせ(低分子化)、この改質反応により生じた生成物(炭化水素)を水蒸気改質することにより水素を生成させるものである。また、好ましくは、上記方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物を水蒸気改質した後、さらにシフト反応を行わせ、これら一連の工程により水素を生成させる。
また、以上の方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物から気体生成物(軽質炭化水素)又は液体生成物を分離し、この気体生成物(軽質炭化水素)又は液体生成物を水蒸気改質することができる。
In the method for producing hydrogen of the present invention, in producing hydrogen by reforming an organic substance, exhaust gas containing carbon monoxide (g 0 ) generated in a metallurgical furnace (hereinafter referred to as “metallurgical furnace generated exhaust gas”). This is a mixed gas containing hydrogen and carbon dioxide generated by the shift reaction and water vapor not consumed in the shift reaction. (G) (hereinafter sometimes referred to as “shift reaction product gas”) is brought into contact with an organic substance to cause a reforming reaction of the organic substance (lower molecular weight), and the product ( Hydrocarbon) is steam reformed to generate hydrogen. Preferably, in the above method, the product generated by the reforming reaction of the organic substance is subjected to steam reforming, and then a shift reaction is further performed to generate hydrogen through a series of these steps.
In the above method, the gas product (light hydrocarbon) or liquid product is separated from the product generated by the reforming reaction of the organic substance, and the gas product (light hydrocarbon) or liquid product is steamed. It can be modified.

一般に、プラスチック等の分解ガス化反応は、数MPa、1000℃以上という過酷な条件で行われる。また、液体生成物を得る油化は、常圧、300〜400℃程度という温和な反応条件ではあるが、熱分解反応によって油化するため、本質的に水素が不足し、炭素質などの重質物が生成する。一方、本発明法では、後述する理由によって、常圧、600〜1000℃程度の比較的温和な反応条件で効率的に有機物質の改質(低分子化)が促進され、その結果、高効率に水素が生成し、且つ重質分や炭素質の生成もほとんど認められない。
一般にプラスチックなどの高分子量有機物質は、300〜400℃以上で加熱すると熱分解が始まることが知られているが、この時、軽質化とともに重質化も進行してしまう。これに対して、熱分解時に水素が存在すると、有機物質の水素化分解反応及び/又は水素付加反応が進行するため、重質化抑制と軽質化(低分子化)に有効である。しかしながら、水素だけが単独で存在する場合、水素化分解に高温が必要であり、且つ水素消費量が多くなることが問題である。
Generally, the decomposition gasification reaction of plastics or the like is performed under severe conditions of several MPa and 1000 ° C. In addition, the liquefaction to obtain a liquid product is a mild reaction condition of about 300 to 400 ° C. at normal pressure, but because it is liquefied by a thermal decomposition reaction, it essentially lacks hydrogen, and heavy substances such as carbonaceous matter. A quality product is produced. On the other hand, in the method of the present invention, for the reasons described later, the reforming (lower molecular weight) of an organic substance is efficiently promoted under a relatively mild reaction condition of normal pressure and about 600 to 1000 ° C. As a result, high efficiency is achieved. In addition, hydrogen is produced, and no heavy or carbonaceous matter is observed.
In general, it is known that a high molecular weight organic substance such as plastic begins to thermally decompose when heated at a temperature of 300 to 400 ° C. or higher, but at this time, it becomes lighter and heavier. On the other hand, if hydrogen is present during thermal decomposition, the hydrogenolysis reaction and / or hydrogenation reaction of the organic substance proceeds, which is effective for suppressing the increase in weight and reducing the weight (reducing the molecular weight). However, when only hydrogen is present alone, there is a problem that high temperature is required for hydrocracking and hydrogen consumption is increased.

一方、水蒸気や炭酸ガスが存在すると、有機物質に含有される炭素原子がHOやCO分子中の酸素により酸化されて一酸化炭素と水素が生成する。このことは、有機物質の炭素鎖が短くなること、すなわち、有機物質が分解されることを意味しており、少ない水素添加量で低分子化と炭素質生成抑制が達成できる。さらに、水蒸気改質や炭酸ガス改質は、改質される有機分子の炭素鎖が長くなるにつれて反応温度が低下するという特徴を有する。本発明法において、比較的低い反応温度でも効率的に有機物質の改質(低分子化)が促進され、水素消費量も少なく、且つ重質分や炭素質の生成もほとんど認められないのは、水蒸気、炭酸ガス、水素が共存した上記混合ガス(g)を用いて有機物質の改質(低分子化)を行うことにより、水素化(水素付加反応)、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質の4反応が同時に進行するためであると考えられる。水素化、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質の各反応式を以下に示す。なお、以下に示す反応式では、簡単のため、本発明で用いられる有機物質を炭化水素(CmHn)で示す。
水素化:CmHn+H2 → CmHn+2
水素化分解:CmHn+H2 → CpHq+CrHs(m=p+r、n+2=q+s)
水蒸気改質:CmHn+H2O → Cm-1Hn-2+CO+2H2
炭酸ガス改質:CmHn+CO2 → Cm-1Hn-2+2CO+H2
ただし、水素化には下記のようなCO、CO2のメタネーション反応も含まれる。
CO+3H2 → CH4+H2O
CO2+4H2
→ CH4+2H2O
なお、水蒸気改質や炭酸ガス改質で生成したHによっても、上記の水素化や水素化分解が進行する。
On the other hand, when water vapor or carbon dioxide gas is present, carbon atoms contained in the organic substance are oxidized by oxygen in H 2 O or CO 2 molecules to generate carbon monoxide and hydrogen. This means that the carbon chain of the organic substance is shortened, that is, the organic substance is decomposed, and the low molecular weight and the suppression of carbonaceous production can be achieved with a small hydrogen addition amount. Furthermore, steam reforming and carbon dioxide reforming are characterized in that the reaction temperature decreases as the carbon chain of the organic molecule to be modified becomes longer. In the method of the present invention, the reforming of organic substances (lower molecular weight) is promoted efficiently even at a relatively low reaction temperature, the amount of hydrogen consumption is small, and the generation of heavy components and carbonaceous matter is hardly observed. , By reforming organic substances (lower molecular weight) using the above mixed gas (g) in which steam, carbon dioxide and hydrogen coexist, hydrogenation (hydrogen addition reaction), hydrocracking, steam reforming, This is probably because the four reactions of carbon dioxide reforming proceed simultaneously. Each reaction formula of hydrogenation, hydrocracking, steam reforming and carbon dioxide reforming is shown below. In the reaction formula shown below, for simplicity, an organic substance used in the present invention a hydrocarbon (C m H n).
Hydrogenation: C m H n + H 2 → C m H n + 2
Hydrocracking: C m H n + H 2 → C p H q + C r H s (m = p + r, n + 2 = q + s)
Steam reforming: C m H n + H 2 O → C m-1 H n-2 + CO + 2H 2
Carbon dioxide reforming: C m H n + CO 2 → C m-1 H n-2 + 2CO + H 2
However, hydrogenation includes the following methanation reactions of CO and CO 2 .
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O
CO 2 + 4H 2
→ CH 4 + 2H 2 O
The above hydrogenation and hydrocracking also proceed with H 2 generated by steam reforming or carbon dioxide reforming.

すなわち、本発明の製造方法は、水素による有機物質の水素化分解反応及び/又は水素付加反応とともに、水蒸気や炭酸ガスに含有される酸素原子による有機物質中の炭素原子の酸化、すなわち、有機物質の酸化分解を同時に行うことが特徴であって、その結果、常圧、600〜1000℃程度の比較的温和な反応条件で効率的にプラスチック等の有機物質の改質反応が進行するものと考えられる。
但し、本発明では、酸化剤として酸素分子(酸素ガス、液体酸素)や種々の過酸化物は使用しない。これは、このような強力な酸化剤が存在すると、爆発や燃焼の原因となり、安定して有機物質の改質を行えないためである。なお、Oの濃度を燃焼範囲下限値より低い濃度とすることで爆発や燃焼は回避可能であるが、COへの完全酸化が進行するため、冷ガス効率が低くなり好ましくない。
なお、前記水素化反応としては、炭化水素種への水素付加反応だけではなく、上記反応式で示したように、メタンなどの軽質炭化水素を生成するCOやCOへの水素付加反応も進行していることが、気体生成物の分析結果から示唆される。本発明の説明では簡単のため、COやCOへの水素付加反応を炭化水素種への水素化反応と区別することなく、単に水素化(または水素化反応)として記述した。
That is, the production method of the present invention includes the hydrogenolysis reaction and / or hydrogenation reaction of an organic substance with hydrogen, as well as the oxidation of carbon atoms in the organic substance by oxygen atoms contained in water vapor or carbon dioxide, that is, the organic substance As a result, it is considered that the reforming reaction of organic substances such as plastics efficiently proceeds under relatively mild reaction conditions of about 600 to 1000 ° C. under normal pressure. It is done.
However, in the present invention, oxygen molecules (oxygen gas, liquid oxygen) and various peroxides are not used as the oxidizing agent. This is because the presence of such a strong oxidizing agent causes explosion and combustion, and the organic substance cannot be stably modified. Explosion and combustion can be avoided by setting the O 2 concentration to be lower than the lower limit of the combustion range. However, since complete oxidation to CO 2 proceeds, the cold gas efficiency is lowered, which is not preferable.
As the hydrogenation reaction, not only hydrogen addition reaction to hydrocarbon species, but also hydrogen addition reaction to CO or CO 2 that produces light hydrocarbons such as methane as shown in the above reaction formula. This is suggested by the analysis result of the gas product. In the description of the present invention, for the sake of simplicity, the hydrogenation reaction to CO or CO 2 is simply described as hydrogenation (or hydrogenation reaction) without being distinguished from the hydrogenation reaction to hydrocarbon species.

以下、本発明の詳細と好ましい条件を説明する。
本発明法では、まず、冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス(g)に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス(g)を得る。この混合ガス(g)は、水蒸気、炭酸ガス、水素を含有する混合ガスである。
また、排ガス(g)は、冶金炉で発生した一酸化炭素と窒素を含有する排ガスから窒素の少なくとも一部を分離することで一酸化炭素濃度を高めた排ガスであってもよい。
なお、本発明法において、排ガス(g)に過剰の水蒸気を添加するとは、シフト反応で消費されない余剰の水蒸気が混合ガス(g)中に残存するように水蒸気を添加するという意味である。すなわち、過剰の水蒸気とは、混合ガス(g)を得るためのシフト反応の量論に対して過剰であることを意味し、したがって、過剰の水蒸気を添加するとは、排ガス(g)中のCOに対して等モル超の水蒸気を添加するという意味である。
Hereinafter, details and preferred conditions of the present invention will be described.
In the method of the present invention, first, hydrogen and carbon dioxide generated by the shift reaction are performed by adding excess water vapor to the exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in the metallurgical furnace, and performing the shift reaction, A mixed gas (g) containing water vapor not consumed in the shift reaction is obtained. This mixed gas (g) is a mixed gas containing water vapor, carbon dioxide gas, and hydrogen.
Further, the exhaust gas (g 0 ) may be an exhaust gas in which the concentration of carbon monoxide is increased by separating at least a part of nitrogen from the exhaust gas containing carbon monoxide and nitrogen generated in the metallurgical furnace.
In the method of the present invention, adding excess water vapor to the exhaust gas (g 0 ) means adding water vapor so that excess water vapor that is not consumed in the shift reaction remains in the mixed gas (g). That is, the excess water vapor means that it is excessive with respect to the stoichiometry of the shift reaction to obtain the mixed gas (g). Therefore, adding excess water vapor means that in the exhaust gas (g 0 ) It means that more than equimolar amount of water vapor is added to CO.

例えば、転炉などの冶金炉から発生する排ガスには、通常、COが25〜80vol%程度含有されている。したがって、これに水蒸気を添加すると、下記のシフト反応(1)によってHとCOが生成する。
CO+HO→H+CO …(1)
本発明法では、排ガス(g)に過剰の水蒸気が添加されるので、シフト反応後の混合ガス(g)には、シフト反応により生成したH、COと過剰添加分のHOが含まれることになる。このシフト反応生成ガス(g)はそのまま或いは水蒸気をさらに添加した上で、有機物改質用のガスとして使用する(改質反応器に供給する)ことができる。このシフト反応生成ガス(g)による有機物質の改質(低分子化)では、各ガス成分による水素化、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質の4反応が同時進行するものと考えられる。
For example, the exhaust gas generated from a metallurgical furnace such as a converter usually contains about 25 to 80 vol% of CO. Therefore, when water vapor is added thereto, H 2 and CO 2 are generated by the following shift reaction (1).
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (1)
In the method of the present invention, since excess water vapor is added to the exhaust gas (g 0 ), the mixed gas (g) after the shift reaction includes H 2 , CO 2 generated by the shift reaction, and H 2 O of excess addition. Will be included. This shift reaction product gas (g) can be used as it is or after further addition of water vapor as a gas for organic substance reforming (supplied to the reforming reactor). In the reforming of organic substances (reduction in molecular weight) by this shift reaction product gas (g), it is considered that four reactions of hydrogenation, hydrocracking, steam reforming and carbon dioxide reforming by each gas component proceed simultaneously. It is done.

本発明法では、排ガス(g)に対して過剰に添加する水蒸気の過剰割合やシフト反応の反応率を適宜制御することによって、ガス中の水蒸気、水素、炭酸ガスの各濃度を制御し、有機物質改質に利用する混合ガス(g)とすることができる。ただし、後述するように、一般的な冶金炉発生排ガスの組成は、CO:25〜80vol%、CO:10〜25vol%、N:10〜30vol%、H:0〜20vol%程度であり、また、ガスホルダー(例えば、製鉄所内で使用されている一般的なガスホルダー)に貯蔵される冶金炉発生排ガスの一般的組成は、CO:50〜70vol%、CO:10〜20vol%、N:10〜20vol%、H:0〜5vol%(他に飽和水蒸気を含む)程度であるため、一般には、シフト反応の反応率制御まで行う必要はなく、水蒸気の過剰割合を調整するだけで、混合ガス(g)の水蒸気、水素、炭酸ガスの各濃度を所望のレベルに制御することができる。
なお、シフト反応の反応率は、シフト反応器内での滞留時間を調整することで制御することができる。例えば、滞留時間を短くするには、シフト反応器長さを小さくしたり、或いは触媒充填量を少なくする方法が一般的であり、その場合、シフト反応器長さや触媒充填量は、ほぼ平衡まで反応を進行させる場合の1/2〜1/4程度とすればよい。
In the method of the present invention, the concentration of water vapor, hydrogen, and carbon dioxide in the gas is controlled by appropriately controlling the excess ratio of water vapor added excessively to the exhaust gas (g 0 ) and the reaction rate of the shift reaction, It can be set as a mixed gas (g) used for organic substance modification. However, as described later, the composition of typical metallurgical furnace generated exhaust gas, CO: 25~80vol%, CO 2 : 10~25vol%, N 2: 10~30vol%, H 2: about 0~20Vol% in In addition, the general composition of the metallurgical furnace-generated exhaust gas stored in a gas holder (for example, a general gas holder used in steelworks) is CO: 50 to 70 vol%, CO2: 10 to 20 vol% , N 2 : 10 to 20 vol%, H 2 : 0 to 5 vol% (including saturated steam in addition), generally, it is not necessary to perform the reaction rate control of the shift reaction, and the excess ratio of water vapor is adjusted. By simply doing this, each concentration of water vapor, hydrogen, and carbon dioxide in the mixed gas (g) can be controlled to a desired level.
The reaction rate of the shift reaction can be controlled by adjusting the residence time in the shift reactor. For example, in order to shorten the residence time, a method in which the shift reactor length is reduced or the catalyst charge amount is reduced is generally used. In this case, the shift reactor length and the catalyst charge amount are almost until equilibrium. What is necessary is just to set it as about 1 / 2-1 / 4 in the case of advancing reaction.

一例として、CO:65vol%、CO:15vol%、N:18vol%、H:1vol%、HO:1vol%からなる組成の転炉ガス100kmol/h(=2240Nm/h)に、水蒸気の添加量を60kmol/h(=1340Nm/h)から540kmol/h(=12100Nm/h)まで変化させてシフト反応を行う場合について、水蒸気添加量とシフト反応後のガスの組成(温度430℃における平衡組成計算値)を図1に示す。これによれば、水蒸気添加量を調整するだけで、混合ガス(g)の水蒸気、水素、炭酸ガスの各濃度を制御でき、後述するような好ましいガス組成にできることが判る。なお、シフト反応は、通常、ほぼ平衡まで反応が進行することはよく知られている。
ここで、混合ガス(g)を構成する各ガス成分(純ガス)を混合することによって本発明の混合ガス(g)と同等の混合ガスを得ることができるのは自明であるが、これらの純ガスは、通常、高価であり、工業的に水素を製造する方法として妥当であるとは考えられない。本発明のように、一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスを利用して混合ガス(g)を得ることが、効率的な水素製造を行うのに特に有利であり、また、簡便で且つ低コストであるため好ましい。
As an example, converter gas of 100 kmol / h (= 2240 Nm 3 / h) having a composition of CO: 65 vol%, CO 2 : 15 vol%, N 2 : 18 vol%, H 2 : 1 vol%, H 2 O: 1 vol% In the case of performing the shift reaction by changing the amount of water vapor added from 60 kmol / h (= 1340 Nm 3 / h) to 540 kmol / h (= 1100 Nm 3 / h), the amount of water vapor added and the composition of the gas after the shift reaction ( The calculated equilibrium composition at a temperature of 430 ° C. is shown in FIG. According to this, it can be seen that the concentration of water vapor, hydrogen, and carbon dioxide in the mixed gas (g) can be controlled only by adjusting the amount of water vapor added, and a preferable gas composition as described later can be obtained. In addition, it is well known that the shift reaction usually proceeds to almost equilibrium.
Here, it is obvious that a mixed gas equivalent to the mixed gas (g) of the present invention can be obtained by mixing each gas component (pure gas) constituting the mixed gas (g). Pure gas is usually expensive and is not considered to be a reasonable method for industrially producing hydrogen. As in the present invention, it is particularly advantageous for efficient hydrogen production to obtain a mixed gas (g) using an exhaust gas generated from a metallurgical furnace containing carbon monoxide. Since it is cost, it is preferable.

以下、混合ガス(g)を得るための条件、混合ガス(g)の好ましい組成などについて説明する。
本発明法のように、シフト反応させる排ガス(g)として冶金炉発生排ガスを用いる理由は、冶金炉発生排ガスは比較的高濃度に一酸化炭素を含有し、且つ不要な窒素の濃度が低いためである。一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガス(g)としては、任意のものが使用できる。最も代表的なものは、鉄鋼製造プロセスの脱炭工程が行われる転炉から発生する転炉ガスであるが、それ以外にも、例えば、高炉やスクラップ溶解炉などのシャフト炉、溶銑予備処理炉、溶融還元炉などから発生する排ガスを例示することができ、これらの1種または2種以上の混合ガスを用いることができる。
冶金プロセスで生成する一酸化炭素が、さらに酸化されて二酸化炭素が生成する割合である二次燃焼率(CO/(CO+CO)×100)は、一般に10〜50%程度に過ぎない。また、冶金炉発生排ガス中には水素と窒素も含まれるが、H濃度は冶金プロセスに応じて変化し、0〜20vol%程度である。窒素は、炉内撹拌や煙道保安などのために供給されており、通常、排ガス(g)中の濃度は10〜30vol%程度である。
Hereinafter, conditions for obtaining the mixed gas (g), a preferred composition of the mixed gas (g), and the like will be described.
The reason why the metallurgical furnace-generated exhaust gas is used as the exhaust gas (g 0 ) for the shift reaction as in the present invention is that the metallurgical furnace-generated exhaust gas contains carbon monoxide at a relatively high concentration and the concentration of unnecessary nitrogen is low. Because. As the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide, any one can be used. The most representative is the converter gas generated from the converter where the decarburization process of the steel manufacturing process is performed, but other than that, for example, shaft furnaces such as blast furnaces and scrap melting furnaces, hot metal pretreatment furnaces Exhaust gas generated from a smelting reduction furnace or the like can be exemplified, and one or two or more of these mixed gases can be used.
The secondary combustion rate (CO 2 / (CO + CO 2 ) × 100), which is the rate at which carbon monoxide produced in the metallurgical process is further oxidized to produce carbon dioxide, is generally only about 10 to 50%. Moreover, although hydrogen and nitrogen are contained in the metallurgical furnace generated exhaust gas, the H 2 concentration varies depending on the metallurgical process and is about 0 to 20 vol%. Nitrogen is supplied for in-furnace agitation and flue safety, and the concentration in the exhaust gas (g 0 ) is usually about 10 to 30 vol%.

以上の点から、一般的な冶金炉発生排ガスの組成は、概ね以下のような範囲となる。
CO:80〜25vol%(二次燃焼率10〜50%に相当)
CO:10〜25vol%(二次燃焼率10〜50%に相当)
:10〜30vol%
:0〜20vol%
シフト反応には一酸化炭素が必要であるが、ガスの組成が上記の範囲であれば、排ガス(g)の組成に特段の問題はない。ここで、窒素は本発明法で生じる化学反応(シフト反応、水素化、水素化分解、水蒸気改質、炭酸ガス改質)には何ら寄与せず、一方において、製造される気体生成物を希釈し、低位発熱量(以下、「LHV」という)を低下させる。特に、窒素濃度が50vol%を超えると、気体生成物のLHVの低下が顕著になるとともに、シフト反応速度も低下する傾向になる。このため窒素濃度は上記組成範囲内であることが好ましい。
From the above points, the composition of general metallurgical furnace generated exhaust gas is generally in the following range.
CO: 80-25 vol% (equivalent to 10-50% secondary combustion rate)
CO 2: 10~25vol% (corresponding to the secondary combustion rate 10-50%)
N 2: 10~30vol%
H2: 0 to 20 vol%
Although carbon monoxide is required for the shift reaction, there is no particular problem with the composition of the exhaust gas (g 0 ) as long as the gas composition is in the above range. Here, nitrogen does not contribute at all to the chemical reactions (shift reaction, hydrogenation, hydrocracking, steam reforming, carbon dioxide reforming) that occur in the method of the present invention, while diluting the gas product produced. The lower heating value (hereinafter referred to as “LHV”) is reduced. In particular, when the nitrogen concentration exceeds 50 vol%, the LHV of the gas product is significantly reduced and the shift reaction rate tends to be reduced. Therefore, the nitrogen concentration is preferably within the above composition range.

さきに述べたように、ガスホルダー(例えば、製鉄所内で使用されている一般的なガスホルダー)に貯蔵される冶金炉発生排ガスの一般的組成は、CO:50〜70vol%、CO:10〜20vol%、N:10〜20vol%、H:0〜5vol%(他に飽和水蒸気を含む)程度であり、この組成は、上記の一般的な冶金炉発生排ガスの組成の中で高CO濃度組成に相当する。ガスホルダーに貯蔵されたガスは、製鉄所内の各工場で燃料ガスとして利用するため、利用先での燃焼効率の低下を防止する必要がある。そのため、ガス中CO濃度の下限値をガスホルダーへの貯蔵条件として設定しておくことが、高CO濃度組成になっている理由である。
本発明法では、製鉄所内で使用されている一般的なガスホルダーに貯蔵されているような比較的CO濃度が高い排ガスであっても、上記のような一般的な冶金炉発生排ガスの組成であっても、排ガス(g)として利用することができる。
As mentioned earlier, gas holder (e.g., typical gas holder used in steelworks) General composition of metallurgical furnace generation exhaust gas to be stored in the, CO: 50~70vol%, CO 2 : 10 ˜20 vol%, N 2 : 10 to 20 vol%, H 2 : 0 to 5 vol% (including saturated steam in addition), and this composition is high in the composition of the above general metallurgical furnace generated exhaust gas. It corresponds to the CO concentration composition. Since the gas stored in the gas holder is used as fuel gas at each factory in the steelworks, it is necessary to prevent a decrease in combustion efficiency at the use destination. Therefore, setting the lower limit value of the CO concentration in the gas as a storage condition in the gas holder is the reason why the composition has a high CO concentration.
In the method of the present invention, even with an exhaust gas having a relatively high CO concentration such as stored in a general gas holder used in a steelworks, the composition of the exhaust gas generated in the above-mentioned general metallurgical furnace is used. even, it can be utilized as an exhaust gas (g 0).

ところで、転炉で発生する排ガスのように、比較的高濃度のCOを含有し、且つN濃度が低い冶金炉発生排ガスであれば、該排ガスに過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行えばよいが、冶金炉発生排ガスのなかには、一酸化炭素を含有するものの、窒素濃度が比較的高いもの(例えば、高炉ガスなどのように一酸化炭素濃度が比較的低く、且つ窒素濃度が高いもの)があり、このような冶金炉発生排ガスについては、含有する窒素の少なくとも一部を分離(除去)して一酸化炭素濃度を高めた上で、過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせるようにしてもよい。冶金炉発生排ガス中の窒素濃度が30vol%超であれば、窒素分離工程を設けて冶金炉発生排ガスから窒素の少なくとも一部を分離(除去)する方がシフト反応が速くなり、有利である。 By the way, in the case of a metallurgical furnace-generated exhaust gas containing a relatively high concentration of CO and having a low N 2 concentration, such as an exhaust gas generated in a converter, a shift reaction is performed by adding excess steam to the exhaust gas. However, some of the exhaust gases generated from metallurgical furnaces contain carbon monoxide but have a relatively high nitrogen concentration (for example, those with a relatively low carbon monoxide concentration and a high nitrogen concentration such as blast furnace gas). For such exhaust gas generated in a metallurgical furnace, at least a part of the nitrogen contained is separated (removed) to increase the carbon monoxide concentration, and then an excess water vapor is added to cause a shift reaction. You may do it. If the nitrogen concentration in the metallurgical furnace generated exhaust gas exceeds 30 vol%, it is advantageous to provide a nitrogen separation step to separate (remove) at least a part of nitrogen from the metallurgical furnace generated exhaust gas because the shift reaction becomes faster.

窒素分離をするのが好ましい代表的な排ガスとしては、高炉ガスを挙げることができるが、この他にも電炉や窒素濃度が高くなる条件で操業しているシャフト炉の発生排ガスなどを挙げることができる。なお、転炉ガスなどのように、比較的高濃度の一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスについて窒素の分離を行い、一酸化炭素濃度をさらに高めた上で、シフト反応を行うこともできる。
冶金炉発生排ガスから窒素を分離する方法に特別な制限はなく、吸着分離法、蒸留分離法など任意の方法を適用することができるが、窒素と一酸化炭素の沸点差が小さいことから、吸着分離法が特に好ましい。例えば、CO吸着剤として知られているCuを担持した活性炭はCOも吸着するため、Cu担持活性炭を吸着剤とするPSA法によって、高炉ガス(概略組成:N:50vol%、CO:25vol%、CO:25vol%)から脱着ガスとして概略組成がN:15vol%、CO:45vol%、CO:40vol%のガスを得ることができ、これは高炉ガス中の窒素を分離して一酸化炭素を濃縮したことになる。
As typical exhaust gas that is preferably subjected to nitrogen separation, blast furnace gas can be mentioned, but in addition to this, exhaust gas generated from an electric furnace or a shaft furnace operating under a condition where the nitrogen concentration becomes high can be mentioned. it can. It is also possible to perform a shift reaction after further separating the nitrogen from the metallurgical furnace generated exhaust gas containing a relatively high concentration of carbon monoxide, such as converter gas, and further increasing the carbon monoxide concentration. .
There is no special restriction on the method for separating nitrogen from the exhaust gas generated in the metallurgical furnace, and any method such as adsorption separation method or distillation separation method can be applied, but because the difference in boiling point between nitrogen and carbon monoxide is small, adsorption A separation method is particularly preferred. For example, since activated carbon supporting Cu + , which is known as a CO adsorbent, also adsorbs CO 2 , blast furnace gas (general composition: N 2 : 50 vol%, CO 2 ) is obtained by PSA method using Cu + supported activated carbon as an adsorbent. : 25vol%, CO 2: approximate composition as desorbed gas from 25 vol%) is N 2: 15vol%, CO: 45vol%, CO 2: it is possible to obtain a 40 vol% of the gas, which separates the nitrogen in the blast furnace gas Thus, the carbon monoxide is concentrated.

本発明法でのシフト反応は公知の手法で行えばよく、特別な制限はない。一般的には、冶金炉発生排ガス(g)に事前に水蒸気を添加しておき、これを触媒が充填された固定床反応器に導入してシフト反応を行う。また、事前に添加する水蒸気を一部とし、反応器内に触媒を多段で充填し、触媒層と触媒層との間から残りの水蒸気を添加するようにしてもよい。シフト反応触媒についても何ら制限はなく、鉄系、銅系などの公知の触媒を用いることができる。
なお、本発明法のようなシフト反応を行うことなく、冶金炉発生排ガス(g)に水蒸気、水素、炭酸ガスをそれぞれ添加すれば、本発明法のシフト反応で得られる有機物質改質用の混合ガス(g)と同等の組成のガスを得ることはできるが、このような方法では、水蒸気に加えて、高価な水素ガスと炭酸ガスを添加しなければならず、コスト高となる。
The shift reaction in the method of the present invention may be carried out by a known method and is not particularly limited. Generally, water vapor is added to the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) in advance, and this is introduced into a fixed bed reactor filled with a catalyst to perform a shift reaction. Alternatively, the water vapor to be added in advance may be partially used, the catalyst may be packed in multiple stages in the reactor, and the remaining water vapor may be added between the catalyst layer and the catalyst layer. There is no restriction | limiting also about a shift reaction catalyst, Well-known catalysts, such as an iron type and copper type, can be used.
If water vapor, hydrogen, and carbon dioxide are added to the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) without performing the shift reaction as in the present invention method, the organic material reforming obtained by the shift reaction in the present invention method can be performed. However, in such a method, expensive hydrogen gas and carbon dioxide gas must be added in addition to water vapor, resulting in high cost.

本発明法において、シフト反応で得られる有機物質改質用の混合ガス(g)は、水蒸気、水素および炭酸ガスを含むものであり、それらの濃度に特別な制限はないが、以下のような理由から、水蒸気濃度は5vol%以上であることが好ましい。すなわち、水蒸気濃度が低いとプラスチックなどの有機物質の分解率が低くなるが、水蒸気濃度を5vol%以上とすることにより、一定水準の有機物質の分解率を確保でき、気体生成物の生成率(ガス化率)・液体生成物の生成率(液化率)を一定の水準にできるとともに、重質分の生成量を少なくできる。すなわち、この水蒸気濃度は有機物質の低分子化反応に好ましい水蒸気濃度である。   In the method of the present invention, the mixed gas (g) for reforming the organic substance obtained by the shift reaction contains water vapor, hydrogen and carbon dioxide gas, and there is no particular limitation on the concentration thereof, but the following For the reason, the water vapor concentration is preferably 5 vol% or more. That is, when the water vapor concentration is low, the decomposition rate of organic substances such as plastics is low, but by setting the water vapor concentration to 5 vol% or more, a certain level of organic material decomposition rate can be secured, and the rate of gas product production ( Gasification rate) ・ Liquid product production rate (liquefaction rate) can be maintained at a constant level, and the amount of heavy components produced can be reduced. That is, this water vapor concentration is a preferred water vapor concentration for the organic molecule lowering reaction.

一方、水蒸気濃度が高いと有機物質の改質反応生成ガス(有機物質の改質による低分子化で生成したガス。以下同様)中にCOが残留しやすくなるとともに、気体生成物・液体生成物のLHVが低下しやすくなるが、水蒸気濃度が70vol%以下であれば、改質反応生成ガス中でのCOの残留を抑えることができ、また、気体生成物・液体生成物のLHVの低下も抑えることができる。このため、水蒸気濃度は70vol%以下が好ましい。
また、有機物質の分解率を確保する観点から、混合ガス(g)の水素濃度および炭酸ガス濃度はともに5vol%以上が好ましい。
On the other hand, when the water vapor concentration is high, CO 2 tends to remain in the reforming reaction product gas of the organic substance (gas generated by low molecular weight reforming of the organic substance; the same applies hereinafter), and also a gas product / liquid production However, if the water vapor concentration is 70 vol% or less, the residual CO 2 in the reforming reaction product gas can be suppressed, and the LHV of the gas product / liquid product can be reduced. The decrease can also be suppressed. For this reason, the water vapor concentration is preferably 70 vol% or less.
Further, from the viewpoint of ensuring the decomposition rate of the organic substance, both the hydrogen concentration and the carbon dioxide concentration of the mixed gas (g) are preferably 5 vol% or more.

また、以下のような理由から、有機物質改質用の混合ガス(g)のより好ましい組成は、水蒸気濃度:20vol%以上(好ましくは70vol%以下)、水素濃度:10〜40vol%、炭酸ガス濃度:10〜40vol%である。なお、この混合ガス(g)に、他のガス成分(例えば、窒素など)が含まれることは妨げない。水蒸気濃度を20vol%以上とすることにより、有機物質の分解率を十分に高めることができるとともに、気体生成物のLHVを高くすることができる。水素濃度を10vol%以上(より好ましくは12vol%以上)とすることにより、特に、比較的低温で有機物質の改質反応を行った場合でも、気体生成物中にCOが残留することを抑えることができる。炭酸ガス濃度を10vol%以上(より好ましくは13vol%以上)とすることにより、気体生成物中の炭化水素やCO生成量が多くなる。また、水素濃度や炭酸ガス濃度を40vol%以下とすることにより、プラスチックなどの有機物質の分解率を好ましいレベルにすることができる。また、以上のような観点から、混合ガス(g)のより好ましいガス組成は、水蒸気濃度:25vol%以上(好ましくは65vol%以下)、水素濃度:15〜35vol%、炭酸ガス濃度:15〜35vol%である。なお、この混合ガス(g)に、他のガス成分(例えば、窒素など)が含まれることは妨げない。 Further, for the following reasons, the more preferable composition of the mixed gas (g) for organic substance reforming is: water vapor concentration: 20 vol% or more (preferably 70 vol% or less), hydrogen concentration: 10-40 vol%, carbon dioxide gas Concentration: 10 to 40 vol%. In addition, it does not prevent that other gas components (for example, nitrogen etc.) are contained in this mixed gas (g). By setting the water vapor concentration to 20 vol% or more, the decomposition rate of the organic substance can be sufficiently increased, and the LHV of the gas product can be increased. By setting the hydrogen concentration to 10 vol% or more (more preferably 12 vol% or more), it is possible to suppress CO 2 from remaining in the gas product even when a reforming reaction of an organic substance is performed at a relatively low temperature. be able to. By setting the carbon dioxide gas concentration to 10 vol% or more (more preferably 13 vol% or more), the amount of hydrocarbons and CO produced in the gas product increases. Moreover, the decomposition rate of organic substances, such as a plastic, can be made into a preferable level by making hydrogen concentration and carbon dioxide gas concentration into 40 vol% or less. Moreover, from the above viewpoints, a more preferable gas composition of the mixed gas (g) is: water vapor concentration: 25 vol% or more (preferably 65 vol% or less), hydrogen concentration: 15-35 vol%, carbon dioxide concentration: 15-35 vol. %. In addition, it does not prevent that other gas components (for example, nitrogen etc.) are contained in this mixed gas (g).

また、本発明法の特徴の一つとして、有機物質改質用の混合ガス(g)の水蒸気濃度によって、有機物質の改質における気体生成物の生成量と液体生成物の生成量との比を制御できることが挙げられる。すなわち、混合ガス(g)の水蒸気濃度を50vol%以上にすると気体生成物が主に生成し(すなわち、気体生成物の生成量>液体生成物の生成量)、水蒸気濃度を40vol%以下にすると液体生成物が主に生成する(すなわち、気体生成物の生成量<液体生成物の生成量)。なお、水素濃度、炭酸ガス濃度の影響は水蒸気濃度の影響ほど顕著ではないので、上述した好適範囲内であればよい。   In addition, as one of the characteristics of the method of the present invention, the ratio of the amount of gas product produced and the amount of liquid product produced in the reforming of the organic substance is determined depending on the water vapor concentration of the mixed gas (g) for reforming the organic substance. Can be controlled. That is, when the water vapor concentration of the mixed gas (g) is 50 vol% or more, a gas product is mainly generated (that is, the amount of gas product produced> the amount of liquid product produced), and the water vapor concentration is 40 vol% or less. The liquid product is mainly produced (ie, the amount of gas product produced <the amount of liquid product produced). In addition, since the influence of hydrogen concentration and carbon dioxide gas concentration is not as remarkable as the influence of water vapor concentration, it may be within the above-described preferred range.

次に、本発明では、上記のようにシフト反応によって得られた混合ガス(g)(水素と炭酸ガスと水蒸気を含むシフト反応生成ガス)を有機物質に接触させることで有機物質の改質反応(低分子化反応)を生じさせ、この改質反応により生成した炭化水素を水蒸気改質することにより水素を生成させる。この一連の改質反応による水素の製造は、1つの反応器内で行ってもよいし、有機物質の改質反応(低分子化反応)による炭化水素(気体生成物と液体生成物)の生成と、この炭化水素の水蒸気改質による水素の製造を別々の反応器内で行ってもよい。   Next, in the present invention, the reforming reaction of the organic substance is performed by bringing the mixed gas (g) (shift reaction product gas containing hydrogen, carbon dioxide gas, and water vapor) obtained by the shift reaction as described above into contact with the organic substance. (Low molecular weight reaction) is generated, and hydrogen is generated by steam reforming the hydrocarbon generated by the reforming reaction. The production of hydrogen by this series of reforming reactions may be performed in one reactor, or the production of hydrocarbons (gas products and liquid products) by reforming reactions of organic substances (reduction of molecular weight). In addition, the production of hydrogen by steam reforming of hydrocarbons may be performed in a separate reactor.

前者の場合には、水蒸気改質に必要な水蒸気を含有し、若しくはその水蒸気を添加した混合ガス(g)を用い、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で同時並行して行う。
また、後者の場合には、改質反応器で有機物質の改質反応を行い、この改質反応により生じた生成物(主に炭化水素であり、未反応の有機物質が含まれることがある。以下同様)を水蒸気改質器に導入して水蒸気改質を行う。また、この場合には、例えば、炭化水素(低分子化反応生成物)のうち、気体生成物は燃料として活用し、液体生成物だけを水蒸気改質してもよい。或いは、液体生成物を他の用途に活用し、気体生成物だけを水蒸気改質してもよい。低分子化された物質を気体生成物と液体生成物に分離する方法としては、蒸留法が最も簡便であるが、他の方法でもよく、特別な制約はない。
低分子化された物質から気体生成物を分離し、この気体生成物のみを水素製造用の原料ガスとして利用することで、プラスチック由来の残渣や塩素を除去できるほか、軽油等の比較的高分子量の炭化水素の水蒸気改質における煤生成などの問題や、圧縮機や配管の損傷・減肉、閉塞などの問題を回避することができる利点もある。
In the former case, using a mixed gas (g) containing or added with steam necessary for steam reforming, reforming reaction of the organic substance and steam of the product generated by this reforming reaction The reforming is carried out simultaneously in one reactor.
In the latter case, a reforming reaction of an organic substance is performed in a reforming reactor, and a product (mainly a hydrocarbon, which may contain an unreacted organic substance) generated by the reforming reaction. The same applies hereinafter) to the steam reformer to perform steam reforming. In this case, for example, among hydrocarbons (low molecular weight reaction products), the gas product may be used as fuel, and only the liquid product may be steam reformed. Alternatively, the liquid product may be utilized for other applications, and only the gaseous product may be steam reformed. As a method for separating a low molecular weight substance into a gas product and a liquid product, the distillation method is the simplest, but other methods may be used and there are no particular restrictions.
By separating the gas product from the low molecular weight material and using only this gas product as the raw material gas for hydrogen production, it is possible to remove plastic-derived residues and chlorine, and relatively high molecular weight such as light oil. There is also an advantage that problems such as soot formation in steam reforming of hydrocarbons, problems such as damage and thinning of the compressor and piping, and blockage can be avoided.

本発明法では、有機物質の改質反応(低分子化反応)で生成した炭化水素を水蒸気改質して水素を製造するため、この水蒸気改質のための水蒸気が必要である。ここで、有機物質の改質反応で生成した炭化水素(低分子化生成物)の水蒸気改質反応に必要な水蒸気量は、炭化水素を(CH)nとすると、下記(2)式により求めることができる。
水蒸気改質に必要な水蒸気量:(CH2)n+nH2O→nCO+2nH2 …(2)
したがって、このような水蒸気改質に必要な水蒸気を、適宜な段階で添加する必要がある。
In the method of the present invention, steam is required for steam reforming in order to produce hydrogen by steam reforming a hydrocarbon produced by a reforming reaction (lower molecular weight reaction) of an organic substance. Here, the amount of water vapor necessary for the steam reforming reaction of the hydrocarbon (reduced molecular weight product) generated by the reforming reaction of the organic substance is expressed by the following equation (2), where (CH 2 ) n is the hydrocarbon. Can be sought.
Steam required for steam reforming: (CH 2 ) n + nH 2 O → nCO + 2nH 2 (2)
Therefore, it is necessary to add steam necessary for such steam reforming at an appropriate stage.

水蒸気改質に必要な水蒸気は、例えば、下記(i)〜(iii)のいずれかの段階(形態)で添加することができる。
(i)排ガス(g)に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせ、混合ガス(g)を得る際に、水蒸気改質に必要な水蒸気を添加する。すなわち、上記(2)式で計算される水蒸気量が水蒸気改質(開始)時まで残存するように、排ガス(g)に水蒸気を添加する。
(ii)シフト反応により生成した混合ガス(g)に、水蒸気改質に必要な水蒸気を添加する。
(iii)有機物質の改質反応により生じた生成物に、水蒸気改質に必要な水蒸気を添加する。
但し、排ガス(g)のシフト反応、有機物質の改質反応、水蒸気改質反応をそれぞれ個別に制御できるという面で、上記(iii)の段階で水蒸気を添加するのが特に好ましい。
Steam required for steam reforming can be added, for example, in any one of the following stages (i) to (iii) (form).
(I) An excess steam is added to the exhaust gas (g 0 ) to cause a shift reaction, and when obtaining a mixed gas (g), steam necessary for steam reforming is added. That is, steam is added to the exhaust gas (g 0 ) so that the amount of steam calculated by the above equation (2) remains until steam reforming (start).
(Ii) Steam necessary for steam reforming is added to the mixed gas (g) produced by the shift reaction.
(Iii) Steam necessary for steam reforming is added to the product generated by the reforming reaction of the organic substance.
However, it is particularly preferable to add steam in the step (iii) in that the shift reaction of the exhaust gas (g 0 ), the reforming reaction of the organic substance, and the steam reforming reaction can be individually controlled.

以下、混合ガス(g)による有機物質の改質(低分子化)について説明する。
本発明法において、改質による低分子化の対象となる有機物質に特別な制限はないが、高分子量の有機物質が好適であり、例えば、プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスなどが挙げられ、これらの1種以上を対象とすることができる。
対象とするプラスチックの種類に特別な制限はないが、例えば、産業廃棄物系、容器包装リサイクル法の対象プラスチックなどを挙げることができる。より具体的には、PEやPPなどのポリオレフィン類、PAやPETなどの熱可塑性ポリエステル類、PSなどのエラストマー類、熱硬化性樹脂類、合成ゴム類や発砲スチロールなどを挙げることができる。なお、多くのプラスチック類にはフィラーなどの無機物が添加されているが、本発明では、このような無機物は反応に関与しないので、固体状残渣として改質(低分子化)反応器(有機物質を改質して低分子化するための反応器。以下同様)から排出される。また、プラスチックは、必要に応じて適当なサイズに事前裁断された後、改質反応器に投入される。
Hereinafter, the modification (reduction in molecular weight) of the organic substance by the mixed gas (g) will be described.
In the method of the present invention, there is no particular limitation on the organic material to be reduced in molecular weight by modification, but high molecular weight organic materials are suitable, for example, plastic, oil-containing sludge, waste oil, biomass, etc. One or more of these can be targeted.
Although there is no special restriction | limiting in the kind of target plastic, For example, an industrial waste type | system | group, a target plastic of the container packaging recycling law etc. can be mentioned. More specifically, polyolefins such as PE and PP, thermoplastic polyesters such as PA and PET, elastomers such as PS, thermosetting resins, synthetic rubbers, foamed polystyrene and the like can be mentioned. In addition, inorganic substances such as fillers are added to many plastics. However, in the present invention, such inorganic substances are not involved in the reaction, so that they are reformed (low molecular weight) reactors (organic substances) as solid residues. Is discharged from a reactor for reducing the molecular weight by modifying the same. In addition, the plastic is pre-cut into an appropriate size as required, and then charged into the reforming reactor.

また、プラスチックがポリ塩化ビニルなどの塩素含有樹脂を含んでいると、改質反応器内で塩素が発生し、この塩素が気体生成物や液体生成物中に含有されてしまう恐れがある。したがって、プラスチックが塩素含有樹脂を含む恐れがある場合には、改質反応器内にCaOなどのような塩素吸収剤を投入し、塩素分が生成する気体生成物や液体生成物中に含有されないようにすることが好ましい。
含油スラッジとは、含油廃液処理工程で発生する汚泥状の混合物のことであり、一般に30〜70質量%程度の水分を含んでいる。スラッジ中の油分としては、例えば、各種鉱物油、天然及び/又は合成油脂類、各種脂肪酸エステル類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、改質反応器に含油スラッジを供給する際などのハンドリング性を向上させるために、遠心分離などの手法により、スラッジ中の水分を30〜50質量%程度まで低減させてもよい。
In addition, when the plastic contains a chlorine-containing resin such as polyvinyl chloride, chlorine is generated in the reforming reactor, and this chlorine may be contained in a gas product or a liquid product. Therefore, when there is a possibility that the plastic contains a chlorine-containing resin, a chlorine absorbent such as CaO is introduced into the reforming reactor and is not contained in a gas product or a liquid product in which chlorine is generated. It is preferable to do so.
Oil-containing sludge is a sludge-like mixture generated in an oil-containing waste liquid treatment step, and generally contains about 30 to 70% by mass of water. Examples of the oil in the sludge include, but are not limited to, various mineral oils, natural and / or synthetic oils and fats, and various fatty acid esters. In addition, in order to improve handling property, such as when supplying oil-impregnated sludge to the reforming reactor, moisture in the sludge may be reduced to about 30 to 50% by mass by a method such as centrifugation.

廃油としては、例えば、使用済みの各種鉱物油、天然及び/又は合成油脂類、各種脂肪酸エステル類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これら2種以上の廃油の混合物であってもよい。また、製鉄所の圧延工程で発生する廃油の場合、一般に多量(通常、80質量%超程度)の水分を含有しているが、この水分についても、比重分離などの手法によって事前に低減させておくことが、ハンドリング性の面で有利である。   Examples of the waste oil include, but are not limited to, various used mineral oils, natural and / or synthetic fats and oils, and various fatty acid esters. Moreover, the mixture of these 2 or more types of waste oil may be sufficient. In addition, in the case of waste oil generated in the steel mill rolling process, it generally contains a large amount of water (usually more than about 80% by mass), but this water is also reduced in advance by a method such as specific gravity separation. It is advantageous in terms of handleability.

バイオマスとしては、例えば、下水汚泥、紙、建設廃材、間伐材などの他、ゴミ固形燃料(RDF)などの加工されたバイオマスなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。バイオマスには、通常、多量の水分が含有されているので、事前に乾燥させておくことがエネルギー効率の点から好ましい。また、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属を比較的高濃度に含むバイオマスの場合、改質反応器内でアルカリ金属が析出する可能性があるので、水洗などの方法によって事前にアルカリ金属を溶出させておくことが好ましい。なお、建設廃材などの大型のバイオマスは、事前に裁断して改質反応器に投入される。
なお、有機物質が水を含んでいる場合には、改質反応器内で水蒸気が発生するので、その分を考慮してシフト反応で添加する水蒸気の過剰割合や、さらに混合ガス(g)に添加する水蒸気量を決定する。
Examples of biomass include, but are not limited to, sewage sludge, paper, construction waste, thinned wood, and other processed biomass such as waste solid fuel (RDF). Since biomass usually contains a large amount of water, it is preferable to dry it beforehand in view of energy efficiency. In addition, in the case of biomass containing relatively high concentrations of alkali metals such as sodium and potassium, alkali metals may be deposited in the reforming reactor. It is preferable to keep it. In addition, large biomass such as construction waste is cut in advance and charged into the reforming reactor.
When the organic substance contains water, water vapor is generated in the reforming reactor. Therefore, an excess ratio of water vapor to be added in the shift reaction in consideration of the amount, and further to the mixed gas (g) Determine the amount of water vapor to be added.

有機物質の改質時の反応温度(有機物質の改質による低分子化と、この改質で生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で同時並行して行う場合の反応温度も同様)は、有機物質の種類に応じて、以下のようにすることが好ましい。
プラスチックやバイオマスの場合には、反応温度は400〜1000℃(好ましくは600〜900℃)程度が適当である。反応温度が400℃未満ではプラスチックやバイオマスの分解率が低く、一方、1000℃を超えると炭素質の生成が多くなる。なお、反応温度が600℃未満では、プラスチックやバイオマスの分解率は高いものの水素収率が低くなる傾向がある。
Reaction temperature at the time of reforming the organic material (the reaction temperature in the case where the lowering of the molecular weight by reforming the organic material and the steam reforming of the product generated by this reforming are simultaneously performed in one reactor) The same applies to the following depending on the type of organic substance.
In the case of plastic or biomass, the reaction temperature is suitably about 400 to 1000 ° C. (preferably 600 to 900 ° C.). When the reaction temperature is less than 400 ° C., the decomposition rate of plastic and biomass is low, while when it exceeds 1000 ° C., carbonaceous production increases. When the reaction temperature is less than 600 ° C., the hydrogen yield tends to be low although the decomposition rate of plastic and biomass is high.

また、含油スラッジや廃油の場合には、反応温度は300〜900℃(好ましくは600〜800℃)程度が適当である。反応温度が300℃未満では含油スラッジや廃油の分解率が低く、一方、反応温度が900℃を超えても含油スラッジや廃油の改質(低分子化)特性に影響はないが、必要以上の高温であるため、経済的でない。なお、反応温度が600℃未満では、含油スラッジや廃油の分解率は高いものの水素収率が低くなる傾向がある。
また、プラスチック及び/又はバイオマスと含油スラッジ及び/又は廃油の混合物を対象とする場合には、上述した点から、反応温度は400〜1000℃(好ましくは600〜900℃)程度が適当である。なお、気体生成物の生成量と液体生成物の生成量との比に対する反応温度の影響はほとんど見られない。また、圧力の影響もほとんど認められないので、常圧〜3kg/cmG程度の微加圧で改質反応器を運転することが経済的である。
In the case of oil-containing sludge or waste oil, the reaction temperature is suitably about 300 to 900 ° C (preferably 600 to 800 ° C). If the reaction temperature is less than 300 ° C, the decomposition rate of the oil-containing sludge and waste oil is low. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 900 ° C, there is no effect on the reforming (lower molecular weight) characteristics of the oil-containing sludge and waste oil. It is not economical because of the high temperature. When the reaction temperature is less than 600 ° C., the hydrogen yield tends to be low although the decomposition rate of oil-containing sludge and waste oil is high.
In addition, when a mixture of plastic and / or biomass and oil-containing sludge and / or waste oil is targeted, the reaction temperature is suitably about 400 to 1000 ° C. (preferably 600 to 900 ° C.) in view of the above. In addition, the influence of reaction temperature with respect to the ratio of the production amount of a gaseous product and the production amount of a liquid product is hardly seen. In addition, since almost no influence of pressure is observed, it is economical to operate the reforming reactor at a slight pressure of about normal pressure to about 3 kg / cm 2 G.

有機物質の改質(有機物質の改質による低分子化と、この改質で生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で同時並行して行う場合も同様)では、使用する反応器の種類は特に限定されないが、反応器内でプラスチックなどの有機物質が円滑に移動し、且つ有機物質改質用の混合ガス(g)と効率的に接触できるという点から、ロータリーキルンのような横型の移動床方式反応器が好ましい。
また、本発明では有機物質の改質に特に触媒を必要としないが、触媒を充填して反応を行ってもよい。触媒としては、水蒸気改質活性、炭酸ガス改質活性、水素化活性、水素化分解活性をそれぞれ有する1種又は2種以上の触媒を用いることができる。具体例としては、Ni系改質触媒、Ni系水素化触媒、Pt/ゼオライト系石油精製触媒などを挙げることができる。また、微細なFe粒子からなることが知られている転炉発生ダストも、改質触媒や水素化分解触媒として用いることができる。
In the reforming of organic substances (the same applies to the case of reducing the molecular weight by reforming organic substances and steam reforming of the products generated by this reforming simultaneously in one reactor) The type of the vessel is not particularly limited, but organic substances such as plastics can move smoothly in the reactor and can be efficiently contacted with the mixed gas (g) for organic substance modification. A horizontal moving bed reactor is preferred.
In the present invention, a catalyst is not particularly required for reforming the organic substance, but the reaction may be carried out by filling the catalyst. As the catalyst, one or more catalysts each having steam reforming activity, carbon dioxide reforming activity, hydrogenation activity, and hydrocracking activity can be used. Specific examples include Ni-based reforming catalysts, Ni-based hydrogenation catalysts, Pt / zeolite-based petroleum refining catalysts, and the like. Also, converter-generated dust, which is known to be composed of fine Fe particles, can be used as a reforming catalyst or a hydrocracking catalyst.

触媒を充填する場合には、プラスチックなどの有機物質と触媒との接触が良好となることから、ロータリーキルンなどのような横型の移動床式改質反応器ではなく、縦型の改質反応器を採用してもよい。この場合、混合ガス(g)は、改質反応器の上部よりも、下部及び/又は側部から供給する方が、混合ガス(g)と有機物質や触媒との接触が良好となり好ましい。
縦型の改質反応器としては、化学工業で用いられる一般的な固定床反応器を用いることができるが、特に、混合ガス(g)を改質反応器下部から供給する方式を採用する場合には、製鉄設備である高炉やシャフト炉に代表される竪型移動床反応器、或いは転炉に代表される回分式反応器を改質反応器として利用することもできる。竪型移動床反応器を改質反応器として利用する場合は、炉上部から有機物質と触媒を、炉下部から混合ガス(g)を、それぞれ連続的に供給して向流接触させ、炉上部から気体生成物を、炉下部から液体生成物と触媒を連続的に抜き出すと、反応効率が高くなり好ましい。また、回分式反応器を改質反応器として利用する場合は、有機物質と触媒を炉に投入した後、炉下部から混合ガス(g)を連続的に供給し、気体生成物は炉上部から連続的に抜き出し、液体生成物と触媒は一定時間の反応後に炉を傾けて抜き出すという、転炉吹錬と同様の方式とすることができる。
また、有機物質の改質反応器としては、流動層反応器を用いてもよい。この流動層反応器を用いる場合については、後に詳述する。
When packing the catalyst, the contact between the organic substance such as plastic and the catalyst is good, so a vertical reforming reactor is used instead of a horizontal moving bed reforming reactor such as a rotary kiln. It may be adopted. In this case, it is preferable that the mixed gas (g) is supplied from the lower part and / or the side part from the upper part of the reforming reactor because the contact between the mixed gas (g) and the organic substance or the catalyst is good.
As a vertical reforming reactor, a general fixed bed reactor used in the chemical industry can be used, but in particular, when a method of supplying a mixed gas (g) from the lower part of the reforming reactor is employed. For the reforming reactor, a vertical moving bed reactor typified by a blast furnace or a shaft furnace, which is an iron manufacturing facility, or a batch reactor typified by a converter can also be used. When a vertical moving bed reactor is used as a reforming reactor, an organic substance and a catalyst are continuously supplied from the upper part of the furnace, and a mixed gas (g) is continuously supplied from the lower part of the furnace to make countercurrent contact. It is preferable to continuously extract the gaseous product from the furnace and the liquid product and the catalyst from the lower part of the furnace because the reaction efficiency is increased. When a batch reactor is used as a reforming reactor, an organic substance and a catalyst are introduced into the furnace, and then a mixed gas (g) is continuously supplied from the lower part of the furnace. It is possible to adopt a system similar to converter blowing, in which the liquid product and the catalyst are continuously extracted and the furnace is extracted after the reaction for a certain time.
A fluidized bed reactor may be used as the organic material reforming reactor. The case of using this fluidized bed reactor will be described in detail later.

以下、有機物質の改質(低分子化)により生じた生成物の水蒸気改質について説明する。
水蒸気改質される生成物は、先に挙げた(i)〜(iii)のいずれかの段階で添加された水蒸気を含んでおり、これを反応器内で所定の温度で反応させることにより水蒸気改質がなされる。この水蒸気改質により炭化水素と水蒸気が反応し、水素と一酸化炭素が生成する。
この炭化水素の水蒸気改質は公知の方法で行うことができ、その条件は、以下のように一般的な条件でよい。
Hereinafter, steam reforming of a product generated by organic substance reforming (lower molecular weight) will be described.
The product to be steam reformed contains the steam added in any one of the steps (i) to (iii) mentioned above, and reacts with this at a predetermined temperature in the reactor. Modification is made. By this steam reforming, the hydrocarbon and steam react to produce hydrogen and carbon monoxide.
The steam reforming of the hydrocarbon can be performed by a known method, and the condition may be a general condition as follows.

有機物質の改質と、この改質により生じた生成物の水蒸気改質を別々の反応器内で行う場合、反応温度は500〜1000℃程度が適当であり、600〜800℃程度が特に好ましい。反応温度が低すぎると化学平衡上不利であり、水蒸気改質反応速度が遅く、水素収率が低くなる。また、煤生成などの問題が生じる。一方、反応温度が高すぎると、水蒸気改質特性に影響はないものの、熱効率の悪化や反応器材料の耐熱性の問題が生じる。なお、有機物質の改質と、この改質で生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で同時並行して行う場合の反応温度については、上述した通りである。   When the reforming of the organic substance and the steam reforming of the product generated by this reforming are performed in separate reactors, the reaction temperature is suitably about 500 to 1000 ° C, particularly preferably about 600 to 800 ° C. . If the reaction temperature is too low, it is disadvantageous in terms of chemical equilibrium, the steam reforming reaction rate is slow, and the hydrogen yield is low. In addition, problems such as soot generation occur. On the other hand, when the reaction temperature is too high, the steam reforming characteristics are not affected, but the heat efficiency is deteriorated and the heat resistance of the reactor material is problematic. The reaction temperature in the case where the reforming of the organic substance and the steam reforming of the product generated by the reforming are simultaneously performed in one reactor is as described above.

水蒸気の添加量としては、量論水量の2倍以上が適当である。添加量が少なすぎると反応効率の低下や、後段のシフト反応における温度上昇などの問題を生じ、添加量が多すぎると熱効率の低下などの問題が生じる。
反応させる圧力としては、反応上は低圧であることが望ましいが、空気の漏れ込みによる事故等を防止するため、例えば、常圧〜3kg/cmG程度の圧力とするのが適当である。
触媒としては、一般的なニッケル系改質触媒が適当であり、安価に調達することが可能である。
水蒸気改質で使用する反応器の種類は特に限定されないが、天然ガスの水蒸気改質に一般的に用いられる縦型の改質炉が豊富な実績があり、特に好ましい。反応器の形式としては、外熱式又は内熱式の改質炉やオートサーマル方式の改質炉などを用いることができる。
The amount of water vapor added is suitably at least twice the stoichiometric amount of water. If the added amount is too small, problems such as a decrease in reaction efficiency and a temperature increase in the subsequent shift reaction occur, and if the added amount is too large, problems such as a decrease in thermal efficiency occur.
The pressure for the reaction is preferably a low pressure in terms of the reaction, but in order to prevent accidents due to air leakage, for example, a pressure of about normal pressure to about 3 kg / cm 2 G is appropriate.
As the catalyst, a general nickel-based reforming catalyst is appropriate and can be procured at a low cost.
The type of the reactor used in the steam reforming is not particularly limited, but a vertical type reforming furnace generally used for steam reforming of natural gas has a proven track record and is particularly preferable. As the type of the reactor, an external heat type or internal heat type reforming furnace, an autothermal type reforming furnace, or the like can be used.

また、水蒸気改質によって一酸化炭素が生成するので、上述した有機物質の水蒸気改質(但し、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で同時並行して行う場合の「水蒸気改質」を含む。)で生成したガスに、さらに水蒸気又は/及び水を添加し、シフト反応により一酸化炭素を水素に変換することにより、水素生成(製造)量をより多くすることができる。以下、このシフト反応について説明する。
このシフト反応は、水蒸気改質で生成したガスに水蒸気又は/及び水を添加し、シフト反応器内で所定の温度で反応させることにより行われる。シフト反応により、ガス中の一酸化炭素と水蒸気が反応し、水素と二酸化炭素が生成する。したがって、このシフト反応後の気体(反応生成物)は、水素リッチの混合ガス(残部が二酸化炭素、窒素、水蒸気など)、或いは実質的に水素と二酸化炭素からなる混合ガスである。この水蒸気改質の反応生成ガスのシフト反応は、公知の方法で行うことができ、特別な条件は必要でない。ただし、水素収率を高くするためには、下記のように低温シフト法を採用することが好ましい。
In addition, since carbon monoxide is generated by steam reforming, the above-described steam reforming of the organic substance (however, the reforming reaction of the organic substance and the steam reforming of the product generated by this reforming reaction are performed in one reaction). In addition, steam or / and water is further added to the gas produced in step 2), and carbon monoxide is converted to hydrogen by a shift reaction. The amount of production (production) can be increased. Hereinafter, this shift reaction will be described.
This shift reaction is performed by adding steam or / and water to the gas generated by steam reforming and reacting at a predetermined temperature in the shift reactor. By the shift reaction, carbon monoxide in the gas reacts with water vapor to produce hydrogen and carbon dioxide. Therefore, the gas (reaction product) after the shift reaction is a hydrogen-rich mixed gas (the balance is carbon dioxide, nitrogen, water vapor, etc.) or a mixed gas substantially composed of hydrogen and carbon dioxide. This shift reaction of the reaction product gas of the steam reforming can be performed by a known method, and no special conditions are required. However, in order to increase the hydrogen yield, it is preferable to employ the low temperature shift method as described below.

反応温度は200〜300℃程度が適当であり、このためシフト反応は、水蒸気改質の反応生成ガスを200〜300℃程度まで冷却した後、水又は/及び低圧(例えば、180℃以下)の水蒸気を添加して行うことが好ましい。これは、シフト反応を200〜300℃程度で行った方が、平衡の関係から水素収率が高くなるためである。
ここで、水蒸気改質の反応生成ガスのシフト反応に必要な水又は/及び水蒸気量は、下記(3)式により求めることができる。
シフト反応に必要な水又は/及び水蒸気量:nCO+nH2O→nCO2+nH2 …(3)
したがって、このようなシフト反応に必要な水又は/及び水蒸気を、水蒸気改質の反応生成ガスに添加し、シフト反応器内でシフト反応を行う。
The reaction temperature is suitably about 200 to 300 ° C. Therefore, the shift reaction is carried out after cooling the steam reforming reaction product gas to about 200 to 300 ° C., and then water or / and low pressure (for example, 180 ° C. or less). It is preferable to carry out by adding water vapor. This is because the hydrogen yield is higher when the shift reaction is performed at about 200 to 300 ° C. due to the equilibrium.
Here, the amount of water and / or steam required for the shift reaction of the reaction gas produced by steam reforming can be obtained by the following equation (3).
Water or / and water vapor required for the shift reaction: nCO + nH 2 O → nCO 2 + nH 2 (3)
Therefore, water or / and steam necessary for such a shift reaction are added to the reaction product gas of the steam reforming, and the shift reaction is performed in the shift reactor.

ただし、水又は/及び水蒸気の添加量は、量論水量の1.5倍以上、5倍以下が適当である。添加量が少なすぎると化学平衡の問題が生じ、添加量が多すぎると熱効率の問題が生じる。水又は/及び水蒸気は、必要量の全量を水蒸気改質後の反応生成物に添加した後、シフト反応器に導入してもよいし、一部の水又は/及び水蒸気をシフト反応器内に添加するようにしてもよい。シフト反応器内に水又は/及び水蒸気を添加する方法は、発熱反応であるシフト反応の反応温度を制御することにもなるので、特に好ましい。
反応させる圧力としては、反応上は特に圧力に依存しないものの、空気の漏れ込みによる事故等を防止するため、例えば、常圧〜1kg/cmG程度の圧力とするのが適当である。
触媒としては、一般的な銅系低温シフト触媒が適当であり、安価に調達することが可能である。
However, the addition amount of water or / and water vapor is suitably 1.5 times or more and 5 times or less of the stoichiometric water amount. If the added amount is too small, a problem of chemical equilibrium occurs, and if the added amount is too large, a problem of thermal efficiency occurs. Water or / and steam may be introduced into the shift reactor after adding the entire required amount to the reaction product after steam reforming, or a part of water or / and steam may be introduced into the shift reactor. You may make it add. The method of adding water or / and water vapor into the shift reactor is particularly preferable because it also controls the reaction temperature of the shift reaction, which is an exothermic reaction.
The pressure for the reaction is not particularly dependent on the pressure in the reaction, but in order to prevent accidents due to air leakage, for example, a pressure of about normal pressure to about 1 kg / cm 2 G is appropriate.
As the catalyst, a general copper-based low temperature shift catalyst is suitable and can be procured at a low cost.

シフト反応器の形式には特別な制約はないが、通常は固定床反応器が用いられる。なお、シフト反応は発熱反応であるので、シフト反応器の下流側に設置した熱交換器で熱回収することが好ましい。
シフト反応で得られた水素リッチの混合ガスは、そのまま高濃度水素含有ガスとして燃料などに利用することもできるが、通常、混合ガスから水素を分離し、高純度の水素ガス(製品ガス)とする。混合ガスからの水素の分離方法には種々の方法があり、いずれを適用してもよい。例えば、蒸留分離法、PSA法、深冷分離法などが挙げられるが、その他の方法を用いてもよい。
There are no particular restrictions on the type of shift reactor, but a fixed bed reactor is usually used. Since the shift reaction is an exothermic reaction, it is preferable to recover heat with a heat exchanger installed on the downstream side of the shift reactor.
The hydrogen-rich mixed gas obtained by the shift reaction can also be used as a high-concentration hydrogen-containing gas as fuel, but normally, hydrogen is separated from the mixed gas to produce high-purity hydrogen gas (product gas). To do. There are various methods for separating hydrogen from the mixed gas, and any of them may be applied. For example, a distillation separation method, a PSA method, a cryogenic separation method and the like can be mentioned, but other methods may be used.

図2は、本発明法により水素を製造するための製造設備の一実施形態を模式的に示したものであり、1は混合ガス(g)を得るためのシフト反応器、2は有機物質改質用の改質反応器、3は水蒸気改質反応器である。
まず、シフト反応器1では、冶金炉発生排ガス(g)に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素および炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス(g)を生成させる。このシフト反応生成ガス(g)は改質反応器2に導入され、ここでプラスチックなどの有機物質と接触し、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせる。この改質反応(有機物質の低分子化反応)により生じた生成物(炭化水素)は、水蒸気改質反応器3に導入され、先に挙げた(i)〜(iii)のいずれかの段階、特に好ましくは(iii)の段階で添加された水蒸気と反応して水蒸気改質され、水素が生成する。すなわち、炭化水素と水蒸気が反応して水素と一酸化炭素が生成し、水素リッチの混合ガス(高濃度水素含有ガス)が得られる。
FIG. 2 schematically shows an embodiment of a production facility for producing hydrogen by the method of the present invention. 1 is a shift reactor for obtaining a mixed gas (g), and 2 is an organic substance modification. A quality reforming reactor 3 is a steam reforming reactor.
First, in the shift reactor 1, hydrogen gas and carbon dioxide generated by the shift reaction and the shift reaction were not consumed by adding excess water vapor to the metallurgical furnace-generated exhaust gas (g 0 ) to cause the shift reaction. A mixed gas (g) containing water vapor is generated. This shift reaction product gas (g) is introduced into the reforming reactor 2, where it comes into contact with an organic substance such as plastic, thereby causing a reaction that modifies the organic substance to lower its molecular weight. The product (hydrocarbon) generated by this reforming reaction (reduction of molecular weight of organic substance) is introduced into the steam reforming reactor 3, and any one of steps (i) to (iii) mentioned above Particularly preferably, it reacts with the steam added in the step (iii) and undergoes steam reforming to produce hydrogen. That is, hydrocarbon and water vapor react to generate hydrogen and carbon monoxide, and a hydrogen-rich mixed gas (high concentration hydrogen-containing gas) is obtained.

また、製造設備には、図2に仮想線で示すシフト反応器5を設けることができ、水蒸気改質反応器3で生成したガスをシフト反応器5に導入し、水又は/及び水蒸気を添加してシフト反応を生じさせる。このシフト反応により、ガス中の一酸化炭素と水蒸気が反応し、水素と二酸化炭素が生成し、より水素リッチの混合ガス(高濃度水素含有ガス)が得られる。
得られた水素リッチの混合ガス(高濃度水素含有ガス)は、必要に応じてPSAなどのガス分離装置(図示せず)に通して水素を分離し、高純度の水素ガスを得るようにしてもよい。
In addition, the production facility can be provided with a shift reactor 5 shown in phantom lines in FIG. 2. The gas generated in the steam reforming reactor 3 is introduced into the shift reactor 5 and water or / and steam is added. This causes a shift reaction. By this shift reaction, carbon monoxide and water vapor in the gas react to produce hydrogen and carbon dioxide, and a more hydrogen-rich mixed gas (high concentration hydrogen-containing gas) is obtained.
The obtained hydrogen-rich mixed gas (high-concentration hydrogen-containing gas) is passed through a gas separation device (not shown) such as PSA as necessary to separate hydrogen to obtain high-purity hydrogen gas. Also good.

図3は、本発明法により水素を製造するための製造設備の他の実施形態を模式的に示したものであり、この製造設備では、有機物質の改質と、この改質で生じた生成物の水蒸気改質を一つの改質反応器4で同時並行して行うものである。すなわち、シフト反応器1で生成したシフト反応生成ガス(g)は改質反応器4に導入され、ここでプラスチックなどの有機物質を改質して低分子化する反応と、この改質反応(有機物質の低分子化反応)により生じた生成物(炭化水素)の水蒸気改質がなされ、水素リッチの混合ガス(高濃度水素含有ガス)が得られる。
また、図2の製造設備と同様に、図3に仮想線で示すシフト反応器5を設けることができ、改質反応器4で生成したガスをシフト反応器5に導入し、水又は/及び水蒸気を添加してシフト反応を生じ、より水素リッチの混合ガス(高濃度水素含有ガス)が得られる。
得られた水素リッチの混合ガス(高濃度水素含有ガス)は、必要に応じてPSAなどのガス分離装置(図示せず)に通して水素を分離し、高純度の水素ガスを得るようにしてもよい。
FIG. 3 schematically shows another embodiment of a production facility for producing hydrogen by the method of the present invention. In this production facility, reforming of an organic substance and production generated by this reforming are shown. The steam reforming of the product is performed simultaneously in one reforming reactor 4. That is, the shift reaction product gas (g) generated in the shift reactor 1 is introduced into the reforming reactor 4 where the organic material such as plastic is reformed to reduce the molecular weight, and this reforming reaction ( The product (hydrocarbon) produced by the reduction of the molecular weight of the organic substance is steam-reformed, and a hydrogen-rich mixed gas (high concentration hydrogen-containing gas) is obtained.
Similarly to the production facility of FIG. 2, a shift reactor 5 indicated by a virtual line in FIG. 3 can be provided, and the gas generated in the reforming reactor 4 is introduced into the shift reactor 5, and water or Water vapor is added to cause a shift reaction, and a more hydrogen-rich mixed gas (high concentration hydrogen-containing gas) is obtained.
The obtained hydrogen-rich mixed gas (high-concentration hydrogen-containing gas) is passed through a gas separation device (not shown) such as PSA as necessary to separate hydrogen to obtain high-purity hydrogen gas. Also good.

後述する図5の実施形態にも示されるように、以下のようにして、製造設備内でのエネルギーの有効利用を図ることが好ましい。
(ア) 水蒸気改質で生成したガス及び/又は水蒸気改質後のシフト反応で生成したガスから熱回収を行い、回収された熱を、水蒸気改質用の水蒸気及び/又はシフト反応用の水蒸気を生成するための熱源として用いる。
(イ) 水蒸気改質又はその後のシフト反応で得られたガスから水素を分離した後のオフガス、及び/又は、有機物質の改質により生成した気体生成物の一部を、水蒸気改質反応器の熱源用燃料として用いる。
上記(ア)の方法では、一般的な排熱ボイラーによって熱回収を行い、水蒸気を発生させればよい。また、上記(イ)の方法におけるオフガスとは、ガス分離装置(水素精製装置)に供給された水素リッチガスから製品である高純度水素を分離した残余のガスのことである。このオフガスは、可燃成分である水素が分離されているので、ガス分離装置(水素精製装置)に供給した水素リッチガスよりも、通常、燃焼熱が低下している。このようにオフガスは燃焼熱が低く、熱源としての利用価値が低下したガスであるので、オフガスの発生源近くで利用することがエネルギー効率の点から好ましく、そのため、水蒸気改質反応器の熱源としての利用が一般的である。
As shown in an embodiment of FIG. 5 to be described later, it is preferable to make effective use of energy in the manufacturing facility as follows.
(A) Heat recovery is performed from the gas generated by steam reforming and / or the gas generated by the shift reaction after steam reforming, and the recovered heat is converted into steam for steam reforming and / or steam for shift reaction. Used as a heat source for generating
(A) A part of the gas product produced by the reforming of the off-gas and / or organic substance after separating hydrogen from the gas obtained by steam reforming or the subsequent shift reaction is treated with a steam reforming reactor. Used as a heat source fuel.
In the method (a), heat recovery may be performed with a general exhaust heat boiler to generate water vapor. The off gas in the method (a) is a residual gas obtained by separating high-purity hydrogen as a product from a hydrogen rich gas supplied to a gas separation device (hydrogen purification device). Since the off-gas is separated from hydrogen, which is a combustible component, the combustion heat is usually lower than that of the hydrogen-rich gas supplied to the gas separation device (hydrogen purification device). Thus, off gas is a gas with low combustion heat and reduced utility value as a heat source, so it is preferable to use it near the off gas generation source from the viewpoint of energy efficiency, and as a heat source for the steam reforming reactor. The use of is common.

本発明法では、混合ガス(g)により有機物質を改質(低分子化)し、この改質反応で生じた生成物を水蒸気改質し、さらにシフト反応を行わせる一連の工程において、有機物質の改質反応により生じた生成物から気体生成物を分離し、この気体生成物を水蒸気改質し、さらにシフト反応を行わせるようにすることができる。
低分子化された物質から気体生成物を分離する方法としては、蒸留法が最も簡便であるが、他の方法でもよく、特別な制約はない。
分離された気体生成物は、一酸化炭素と軽質炭化水素を主体とする混合ガス(残部が窒素など)、或いは実質的に一酸化炭素と軽質炭化水素からなる混合ガスである。
さきに述べたように、低分子化された物質から気体生成物を分離し、この気体生成物のみを水素製造用の原料ガスとして利用することで、プラスチック由来の残渣や塩素を除去できるほか、軽油等の比較的高分子量の炭化水素の水蒸気改質における煤生成などの問題や、圧縮機や配管の損傷・減肉、閉塞などの問題を回避することができる利点もある。
In the method of the present invention, an organic substance is reformed (lower molecular weight) with a mixed gas (g), the product generated by this reforming reaction is steam reformed, and further, a shift reaction is performed in a series of steps. It is possible to separate a gas product from a product generated by a material reforming reaction, steam reform the gas product, and further perform a shift reaction.
As a method for separating a gaseous product from a low molecular weight substance, the distillation method is the simplest, but other methods may be used without any particular restriction.
The separated gas product is a mixed gas mainly composed of carbon monoxide and light hydrocarbons (the balance is nitrogen or the like) or a mixed gas substantially consisting of carbon monoxide and light hydrocarbons.
As mentioned earlier, by separating the gas product from the low molecular weight material and using only this gas product as the raw material gas for hydrogen production, it is possible to remove plastic-derived residues and chlorine, There is also an advantage that problems such as soot formation in steam reforming of relatively high molecular weight hydrocarbons such as light oil, and problems such as damage and thinning of the compressor and piping, blockage, etc. can be avoided.

気体生成物の水蒸気改質は、気体生成物に対して水蒸気を添加し、水蒸気改質反応器内で所定の温度で反応させることにより行われる。この水蒸気改質により、気体生成物中の軽質炭化水素と水蒸気が反応し、水素と一酸化炭素が生成する。したがって、この水蒸気改質後の気体(反応生成物)は、通常、水素と一酸化炭素を主体とする混合ガス(残部が窒素、水蒸気など)、或いは実質的に水素と一酸化炭素からなる混合ガスである。水蒸気改質の条件は、さきに述べたような一般的な条件でよい。また、この水蒸気改質後に行うシフト反応の条件も、さきに述べたような一般的な条件でよい。   Steam reforming of a gas product is performed by adding steam to the gas product and reacting at a predetermined temperature in a steam reforming reactor. By this steam reforming, light hydrocarbons in the gas product and steam react to generate hydrogen and carbon monoxide. Therefore, the gas (reaction product) after this steam reforming is usually a mixed gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide (the balance is nitrogen, steam, etc.) or a mixture consisting essentially of hydrogen and carbon monoxide. Gas. The conditions for steam reforming may be the general conditions as described above. The conditions for the shift reaction performed after the steam reforming may be the general conditions described above.

図4は、この方法において冶金炉発生排ガスのシフト反応と有機物質を低分子化する改質化を行うための設備の一実施形態を模式的に示している。図4において、2は底部にガス分散板200を有する縦型の改質反応器、6は改質反応器2で生成した生成物を気体生成物と液体生成物に分離するための液体生成物捕集器、7は分離された気体生成物を冷却するためのガス冷却器である。
この設備では、改質反応器2内の最下層に粒状に破砕処理したプラスチックaが充填され、その上部に金属製の網bを乗せ、さらにその上部に触媒c(例えば、Ni触媒など)が充填される。シフト反応器1で生成したシフト反応生成ガス(g)は改質反応器2の底部に導入され、ガス分散板200を通じて反応器内に供給され、反応器内を上昇する。プラスチックaとシフト反応生成ガス(g)との反応で生成した改質生成物は改質反応器2の上部から排出され、液体生成物捕集器6にて気体生成物と液体生成物に分離される。分離された気体生成物はガス冷却器7で冷却された後、次工程へ送られる。
FIG. 4 schematically shows an embodiment of equipment for performing a shift reaction of metallurgical furnace-generated exhaust gas and reforming to reduce the molecular weight of an organic substance in this method. In FIG. 4, 2 is a vertical reforming reactor having a gas dispersion plate 200 at the bottom, and 6 is a liquid product for separating the product produced in the reforming reactor 2 into a gas product and a liquid product. A collector 7 is a gas cooler for cooling the separated gas product.
In this equipment, the lowermost layer in the reforming reactor 2 is filled with a plastic a that has been crushed in a granular form, a metal net b is placed on the upper part, and a catalyst c (for example, Ni catalyst) is further placed on the upper part. Filled. The shift reaction product gas (g) generated in the shift reactor 1 is introduced into the bottom of the reforming reactor 2, and is supplied into the reactor through the gas dispersion plate 200, and rises in the reactor. The reformed product produced by the reaction between the plastic a and the shift reaction product gas (g) is discharged from the upper part of the reforming reactor 2 and separated into a gas product and a liquid product by the liquid product collector 6. Is done. The separated gas product is cooled by the gas cooler 7 and then sent to the next step.

図5は、この方法において有機物質の改質で得られた気体生成物を水蒸気改質及びシフト反応させる設備の一実施形態を模式的に示している。図5において、8,12は圧縮機、9,10は熱交換器、13は冷却器、14はガス分離装置、15,16はガスライン、17は水蒸気供給ラインである。
例えば図4に示すような設備において、有機物質の改質(低分子化)で生成した後、液体生成物と分離された気体生成物は、圧縮機8で昇圧された後、水蒸気改質反応器3に導入される。水蒸気改質反応器3には水蒸気供給ライン17を通じて水蒸気が導入され、気体生成物が水蒸気改質される。この水蒸気改質で得られたガスは、熱交換器9で水蒸気供給ライン17を流れる水又は蒸気と熱交換されて冷却された後、シフト反応器5に導入される。このシフト反応器5には水蒸気供給ライン17から水蒸気(又は水)が導入され、シフト反応が行われる。このシフト反応で得られた水素リッチガスは、熱交換器10で水蒸気供給ライン17を流れる水と熱交換されて冷却された後、セパレータ11で水分が分離される。さらに圧縮機12で昇圧され、冷却器13で冷却された後、ガス分離装置14(例えば、PSAガス分離装置)で水素を分離することにより、高純度水素が得られる。この実施形態では、熱交換器9,10において、水蒸気改質で生成したガスと水蒸気改質後のシフト反応で生成したガスの熱回収がなされ、水蒸気改質用の水蒸気とシフト反応用の水蒸気を生成するための熱源として利用される。また、ガスライン15,16を通じて、原料である気体生成物の一部とガス分離装置14のオフガス(ガス分離装置14において製品である高純度水素を分離した残余のガス)が水蒸気改質反応器3の加熱部(外熱式)に導入され、熱源用燃料として利用される。
FIG. 5 schematically shows an embodiment of equipment for performing steam reforming and shift reaction of a gas product obtained by reforming an organic substance in this method. In FIG. 5, 8 and 12 are compressors, 9 and 10 are heat exchangers, 13 is a cooler, 14 is a gas separation device, 15 and 16 are gas lines, and 17 is a steam supply line.
For example, in a facility as shown in FIG. 4, the gas product produced by reforming (lowering the molecular weight) of the organic substance and then separated from the liquid product is pressurized by the compressor 8 and then subjected to a steam reforming reaction. Introduced into the vessel 3. Steam is introduced into the steam reforming reactor 3 through the steam supply line 17 and the gas product is steam reformed. The gas obtained by this steam reforming is cooled by heat exchange with water or steam flowing through the steam supply line 17 in the heat exchanger 9 and then introduced into the shift reactor 5. Steam (or water) is introduced into the shift reactor 5 from the steam supply line 17 to perform a shift reaction. The hydrogen rich gas obtained by this shift reaction is cooled by exchanging heat with water flowing through the steam supply line 17 in the heat exchanger 10, and then water is separated in the separator 11. Further, after being pressurized by the compressor 12 and cooled by the cooler 13, high purity hydrogen is obtained by separating hydrogen by a gas separation device 14 (for example, a PSA gas separation device). In this embodiment, in the heat exchangers 9 and 10, heat recovery of the gas generated by steam reforming and the gas generated by the shift reaction after steam reforming is performed, and steam for steam reforming and steam for shift reaction are performed. It is used as a heat source for generating Further, through the gas lines 15 and 16, a part of the gas product as a raw material and the off-gas of the gas separation device 14 (residual gas obtained by separating high-purity hydrogen as a product in the gas separation device 14) are converted into a steam reforming reactor. 3 is used as a heat source fuel.

以下、有機物質を改質して低分子化するための改質反応器として流動層反応器を用いる場合、すなわち、流動層において混合ガス(g)を有機物質に接触させ、有機物質を改質して低分子化する場合について説明する。
プラスチックを回分式で低分子化する場合には大きな問題とならないが、流通式固定層反応器で反応を行う場合、反応熱の供給が律速となって反応器内でプラスチックなどが融着することや、融着を防止するために必要以上に高温の熱を供給することで熱効率が悪化すること、さらには、高温の供給熱によってプラスチックなどが炭化すること、などの問題を生じることがある。これに対して流動層反応器は、流動層内の温度がほぼ均一で、熱の授受が非常に早いことが特徴であるため、上述した固定層反応器で生じることがある問題を回避することができる。すなわち、伝熱速度の大きい流動層を利用して有機物質を低分子化することによって、低分子化に必要な反応熱の供給律速となることを防ぎ、反応器内でプラスチックなどの高分子量有機物質が融着して閉塞するなどのトラブルを防止することができる。
Hereinafter, when a fluidized bed reactor is used as a reforming reactor for modifying an organic substance to lower the molecular weight, that is, the mixed gas (g) is brought into contact with the organic substance in the fluidized bed to reform the organic substance. The case of lowering the molecular weight will be described.
When plastics are used to reduce the molecular weight batch-wise, this is not a major problem, but when the reaction is carried out in a flow-type fixed bed reactor, the supply of reaction heat becomes the rate-determining factor and the plastics are fused in the reactor. In addition, there are cases in which the heat efficiency is deteriorated by supplying heat higher than necessary to prevent fusion, and the plastic is carbonized by the high-temperature supply heat. On the other hand, the fluidized bed reactor is characterized by the fact that the temperature in the fluidized bed is almost uniform and the heat exchange is very fast, so that the problems that may occur in the fixed bed reactor described above are avoided. Can do. In other words, by reducing the molecular weight of organic substances using a fluidized bed with a high heat transfer rate, it is possible to prevent the rate of supply of reaction heat necessary for the reduction of molecular weight from being controlled, and high molecular weight organic materials such as plastics in the reactor. It is possible to prevent troubles such as a substance being fused and clogged.

また、流動層反応器で有機物質の改質(低分子化)を行う場合、流動層の流動媒体の少なくとも一部(好ましくは流動媒体の主体)として、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を用いることが好ましい。Fe、Ni、Crは何れも本反応に活性であり、粉粒体(f)が触媒としても機能することにより高効率に低分子化反応が進行する。一方、従来の流動層によるプラスチックガス化技術では、流動媒体として砂を用いることが多い。しかし、砂には触媒活性がないばかりでなく、流動媒体としてはやや粒径が大きく、安定した流動層を形成できる条件が限定的であり、多様な原料に対応するのが困難である。なお、粉粒体(f)に含まれるFe、Ni、Crの存在形態はメタル、酸化物等の別を問わない。粉粒体(f)の真密度を4〜8g/cmとする理由については後述する。 Further, when reforming an organic substance (lowering the molecular weight) in a fluidized bed reactor, the true density is 4 to 8 g / cm 3 as at least a part of the fluidized medium in the fluidized bed (preferably the main body of the fluidized medium). Therefore, it is preferable to use a powder (f) containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr. Fe, Ni, and Cr are all active in this reaction, and the low molecular weight reaction proceeds with high efficiency by the powder (f) functioning also as a catalyst. On the other hand, in the conventional plastic gasification technology using a fluidized bed, sand is often used as a fluidized medium. However, sand not only has no catalytic activity, but also has a slightly larger particle size as a fluid medium, and the conditions under which a stable fluidized bed can be formed are limited, making it difficult to deal with various raw materials. In addition, the presence form of Fe, Ni, Cr contained in a granular material (f) does not ask | require a distinction, such as a metal and an oxide. The reason why the true density of the powder (f) is 4 to 8 g / cm 3 will be described later.

粉粒体(f)のFe、Ni、Crの合計の含有率は20〜90質量%程度が好ましく、30〜80質量%程度がより好ましい。含有率が20重量%未満では、粉粒体(f)の真密度が小さくなるため、流動層反応器から排出されるガス中に飛散した粉粒体(f)と有機物質の灰分との分別捕集(両者を分離された状態で捕集)が不十分となりやすい。一方、含有率が90質量%を超えると真密度が過大となり、流動性が低下する。   The total content of Fe, Ni and Cr in the powder (f) is preferably about 20 to 90% by mass, and more preferably about 30 to 80% by mass. When the content is less than 20% by weight, the true density of the granular material (f) becomes small, so that the granular material (f) scattered in the gas discharged from the fluidized bed reactor is separated from the ash content of the organic substance. The collection (collection in a state where both are separated) tends to be insufficient. On the other hand, if the content exceeds 90% by mass, the true density becomes excessive and the fluidity is lowered.

図6は、流動層反応器を用いて有機物質を低分子化する改質を行うための設備の一実施形態を示しており、20は改質反応器である流動層反応器、21は流動層反応器20からガスを排出する排出管、22aは排出管21に設けられる1次集塵機(上流側の一段目集塵機)、22bは同じく2次集塵機(下流側の二段目集塵機)である。一般に、1次集塵機22aはサイクロンであるが、2次集塵機22bの形式は任意であり、乾式集塵機でも湿式集塵機でもよい。なお、2次集塵機22bが乾式集塵機の場合には、液体生成物の凝縮温度まで排出ガスが冷却されることがないので、2次集塵機22bを通過する生成物は気体状態のままであり、その下流側に冷却器、油水分離装置などを設置して気体生成物、液体生成物、排水に分離される。一方、2次集塵機22bが湿式集塵機の場合には、排出ガスが冷却されて液体生成物が凝縮するので、2次集塵機22bを通過する生成物は気体生成物であり、2次集塵機22bで捕集される物質は灰分、排水、液体生成物の混合物となる。したがって、その混合物排出系に油水分離装置などを設置して、液体生成物を分離する。
なお、図6では、1次集塵機22aは流動層反応器20の外部に設置されているが、流動層反応器20の内部に設置してもよい。
FIG. 6 shows an embodiment of equipment for reforming to reduce the molecular weight of an organic substance using a fluidized bed reactor, wherein 20 is a fluidized bed reactor that is a reforming reactor, and 21 is a fluidized bed reactor. A discharge pipe for discharging gas from the bed reactor 20, 22a is a primary dust collector (upstream first stage dust collector) provided in the discharge pipe 21, and 22b is a secondary dust collector (downstream second stage dust collector). Generally, the primary dust collector 22a is a cyclone, but the type of the secondary dust collector 22b is arbitrary, and may be a dry dust collector or a wet dust collector. When the secondary dust collector 22b is a dry dust collector, the exhaust gas is not cooled to the condensation temperature of the liquid product, so that the product passing through the secondary dust collector 22b remains in a gaseous state. A cooler, an oil / water separator, etc. are installed on the downstream side, and separated into gas products, liquid products, and waste water. On the other hand, when the secondary dust collector 22b is a wet dust collector, the exhaust gas is cooled and the liquid product is condensed. Therefore, the product passing through the secondary dust collector 22b is a gas product and is captured by the secondary dust collector 22b. The collected material will be a mixture of ash, wastewater, and liquid product. Therefore, an oil / water separator is installed in the mixture discharge system to separate the liquid product.
In FIG. 6, the primary dust collector 22 a is installed outside the fluidized bed reactor 20, but may be installed inside the fluidized bed reactor 20.

流動層反応器20では、ガス分散板201の下側の風箱部202に混合ガス(g)が導入され、この混合ガス(g)がガス分散板201から吹き出すことにより、ガス分散板201の上方に流動媒体による流動層23が形成される。プラスチックなどの有機物質は、流動層反応器20の上部から流動層23に供給され、流動層23内で混合ガス(g)と反応することで低分子化され、気体生成物となる。この気体生成物を含むガス(g)は、排出管21を通じて排出された後、1次集塵機22a及び2次集塵機22bでガス(g)中に飛散した流動媒体や有機物質の灰分が捕集されるが、流動媒体と有機物の灰分がなるべく分離された状態で捕集されるようにする。すなわち、1次集塵機22aでは主に流動媒体が捕集され、灰分はなるべく捕集されないようにし、2次集塵機22bにおいて有機物質の灰分が主に捕集されるようにする。このためには、後述するように流動媒体である粉粒体(f)の真密度の最適化が重要である。1次集塵機22aで捕集された流動媒体を主体とする捕集物は、返送管24を通じて流動層反応器20に循環される。なお、一次集塵機22aおよび返送管24を流動層反応器20内上部のフリーボード部に配置してもよい。2次集塵機22bを通過したガス(g)が回収されるが、このガス(g)に含まれる気体生成物は、その一部を凝縮させて液体生成物とする場合がある。
以上のように、流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることが好ましい。
In the fluidized bed reactor 20, the mixed gas (g) is introduced into the lower air box portion 202 of the gas dispersion plate 201, and the mixed gas (g) is blown out of the gas dispersion plate 201, whereby the gas dispersion plate 201. A fluidized bed 23 made of a fluidized medium is formed above. An organic substance such as plastic is supplied to the fluidized bed 23 from the upper part of the fluidized bed reactor 20 and is reduced in molecular weight by reacting with the mixed gas (g) in the fluidized bed 23 to become a gas product. The gas (g p ) containing the gaseous product is discharged through the discharge pipe 21, and then the ash content of the fluid medium and organic substances scattered in the gas (g p ) is captured by the primary dust collector 22a and the secondary dust collector 22b. However, the fluid medium and the organic ash are collected as separated as possible. In other words, the primary dust collector 22a mainly collects the fluid medium and prevents ash from being collected as much as possible, and the secondary dust collector 22b mainly collects the ash of organic substances. For this purpose, as will be described later, it is important to optimize the true density of the granular material (f) that is a fluid medium. The collected matter mainly composed of the fluidized medium collected by the primary dust collector 22 a is circulated to the fluidized bed reactor 20 through the return pipe 24. Note that the primary dust collector 22a and the return pipe 24 may be disposed on the free board portion in the upper part of the fluidized bed reactor 20. The gas (g p ) that has passed through the secondary dust collector 22b is recovered, but the gas product contained in the gas (g p ) may be partially condensed to form a liquid product.
As described above, the gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through the dust collector, the fluid medium contained in the gas (g p ) is collected, and the collected fluid medium is circulated to the fluidized bed. It is preferable.

流動媒体を構成する前記粉粒体(f)は、真密度が4〜8g/cmであり、より好ましくは4〜7.5g/cmであることが好ましい。上述したように流動層反応器20から排出されるガス(g)中には流動媒体である粉粒体(f)や有機物質の灰分が飛散するので、これらは集塵機でガス(g)から分離され、このうち粉粒体(f)については流動層反応器20に循環させる。粉粒体(f)の真密度が4g/cm未満では、有機物質の灰分との密度差が小さいため、有機物の灰分と分別して捕集することが難しくなり、粉粒体(f)と灰分の分離が不十分となりやすい。具体的には、図6において1次集塵機22aにおいて主に粉粒体(f)だけを捕集することが難しくなり、相当量の有機物の灰分も捕集されてしまう。その結果、ガス(g)から分離されて流動層反応器20に循環する粉粒体(f)が、低分子化反応に不活性な灰分によって希釈されることになり、流動層23の触媒活性は連続的に低下することになる。一方、粉粒体(f)の真密度が8g/cmを超えると、流動媒体としての流動性が低下する。ここで、真密度とは、JIS−K−0061に準拠してピクノメーターを用いて測定される密度を意味する。 The powder particles (f) constituting the fluid medium have a true density of 4 to 8 g / cm 3 , more preferably 4 to 7.5 g / cm 3 . Since ash content of the fluidized medium granular material (f) and organic substances in the gas discharged from the fluidized bed reactor 20 (g p) as described above is scattered, they are gas dust collector (g p) Of these, the granular material (f) is circulated in the fluidized bed reactor 20. When the true density of the granular material (f) is less than 4 g / cm 3 , since the density difference from the ash content of the organic substance is small, it becomes difficult to separate and collect from the organic ash content. Separation of ash tends to be insufficient. Specifically, in FIG. 6, it becomes difficult to mainly collect only the granular material (f) in the primary dust collector 22a, and a considerable amount of organic ash is also collected. As a result, the granular material (f) separated from the gas (g p ) and circulated to the fluidized bed reactor 20 is diluted with ash that is inert to the low molecular weight reaction, and the catalyst of the fluidized bed 23 The activity will decrease continuously. On the other hand, when the true density of the granular material (f) exceeds 8 g / cm 3 , the fluidity as a fluid medium decreases. Here, a true density means the density measured using a pycnometer based on JIS-K-0061.

1次集塵機22aで捕集分離した流動媒体を流動層反応器20に循環させない場合であっても、粉粒体(f)の真密度が4g/cm未満では、粉粒体(f)と灰分を別々に捕集することが難しく、灰分によって粉粒体(f)が希釈されることに変わりはない。粉粒体(f)として後述するような製鋼ダストを用いる場合、この製鋼ダストは非常に安価であるため、集塵機で捕集した製鋼ダストを流動層反応器に循環させて再利用しなくてもよいが、通常、製鋼ダストは製鉄工程に戻して鉄分を回収するため、これに灰分が相当量含まれていると、この灰分によって製鉄工程でのスラグ発生量が増大してしまう。したがって、いずれにしても、ガス(g)から捕集される粉粒体(f)が灰分で希釈されないようにするため、粉粒体(f)の真密度は4g/cm以上であることが好ましい。 Even when the fluid medium collected and separated by the primary dust collector 22a is not circulated through the fluidized bed reactor 20, if the true density of the powder (f) is less than 4 g / cm 3 , the powder (f) It is difficult to collect the ash separately, and the powder (f) is still diluted by the ash. When steelmaking dust as described later is used as the granular material (f), this steelmaking dust is very inexpensive, so it is not necessary to circulate the steelmaking dust collected by the dust collector to the fluidized bed reactor for reuse. However, since the steelmaking dust is usually returned to the ironmaking process to recover the iron content, if a considerable amount of ash is contained therein, the amount of slag generated in the ironmaking process is increased by this ash. Therefore, in any case, in order to prevent the granular material (f) collected from the gas (g p ) from being diluted with ash, the true density of the granular material (f) is 4 g / cm 3 or more. It is preferable.

流動媒体であり且つ触媒として機能する粉粒体(f)としては、公知のNi系改質触媒やNi系水素化触媒などを用いることができるが、(ア)鉄分を多く含むため触媒活性が高いこと、(イ)真密度が4〜8g/cmの範囲で且つ微細粒子であるため流動媒体として好適であること、(ウ)大量入手可能で且つ安価であること、などの理由から製鋼工程で発生する鉄含有ダスト(以下、説明の便宜上「製鋼ダスト」という)を用いることが特に好ましい。製鋼ダストは、一般に鉄を30質量%以上含む。この製鋼ダストは、一般に湿式で捕集されるため、乾燥処理は必要であるが、分級処理などの必要はない。 As the granular material (f) that is a fluid medium and functions as a catalyst, a known Ni-based reforming catalyst or Ni-based hydrogenation catalyst can be used, but (a) the catalyst activity is high because it contains a large amount of iron. Steelmaking for reasons such as being high, (a) having a true density in the range of 4 to 8 g / cm 3 and being fine particles and therefore suitable as a fluid medium, (c) being available in large quantities and being inexpensive. It is particularly preferable to use iron-containing dust generated in the process (hereinafter referred to as “steel-making dust” for convenience of explanation). Steelmaking dust generally contains 30% by mass or more of iron. Since this steelmaking dust is generally collected by a wet process, a drying process is necessary, but a classification process or the like is not necessary.

製鋼ダストは、主に転炉を用いて行われる製鋼工程で発生する鉄含有ダストであり、製鋼工程としては、例えば、脱燐工程、脱炭工程、ステンレス鋼の精錬工程などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。本発明では、これら製鋼ダストの1種以上を用いることができる。
製鋼ダストの発生率は製鉄所毎に異なるものの、発生量は粗鋼生産量に比例するため、多量に入手可能である。また、製鋼ダストの価値は粗鋼相当の価値であるので、トンあたり数万円程度と非常に安価である。一方、市販触媒はトン当たり数百万円程度であり、粉粒体(f)として製鋼ダストを用いることでコスト的に非常に有利となる。
Steelmaking dust is iron-containing dust generated mainly in a steelmaking process performed using a converter, and examples of the steelmaking process include a dephosphorization process, a decarburization process, and a stainless steel refining process. It is not limited to these. In the present invention, one or more of these steelmaking dusts can be used.
Although the rate of steelmaking dust varies from steelworks to steelworks, the amount generated is proportional to the amount of crude steel produced, so it is available in large quantities. Moreover, since the value of steelmaking dust is equivalent to that of crude steel, it is very inexpensive at around tens of thousands of yen per ton. On the other hand, a commercially available catalyst costs several million yen per ton, and it is very advantageous in terms of cost to use steelmaking dust as the granular material (f).

製鋼ダストには、一般に、粒径下限が0.1μm程度、上限が200μm程度であって、メジアン径(d50)が5〜30μm程度の粒度分布を有し、比表面積が10〜20m/g程度である微粒ダストと、粒径下限が1μm程度、上限が2000μm程度であって、メジアン径(d50)が30〜200μm程度の粒度分布を有し、比表面積が1m/g以下である粗粒ダストがある。一般に、製鋼工程において主に転炉から排出される排ガスは湿式で集塵されるが、凝集剤を添加せずに水から分離できる分が粗粒ダストであり、分離に凝集剤添加が必要な分が微粒ダストである。 Steelmaking dust generally has a particle size distribution with a particle size lower limit of about 0.1 μm and an upper limit of about 200 μm, a median diameter (d50) of about 5 to 30 μm, and a specific surface area of 10 to 20 m 2 / g. A coarse particle having a particle size distribution in which the lower limit of particle size is about 1 μm, the upper limit is about 2000 μm, the median diameter (d50) is about 30 to 200 μm, and the specific surface area is 1 m 2 / g or less. There is grain dust. In general, exhaust gas discharged mainly from converters in the steelmaking process is collected in a wet form, but the amount that can be separated from water without adding a flocculant is coarse dust, and the addition of a flocculant is necessary for separation. Minutes are fine dust.

この方法では、微粒ダスト、粗粒ダストのいずれを用いてもよい。ただし、微粒ダストと粗粒ダストを較べた場合、微粒ダストは粗粒ダストに較べて比表面積が大きいため触媒活性が高く、一方、流動状態での安定性は微粒ダストよりも粗粒ダストの方が優れている。また、製鋼ダストの粒子は表面の鉄分が酸化されているので、比表面積が大きい微粒ダストの方が酸化された鉄分の割合が多くなる。このため真密度は微粒ダストよりも粗粒ダストの方が大きくなるので、流動化ガスである混合ガス(g)の送風動力は粗粒ダストを使用した場合の方が大きくなる。以上の点からして、微粒ダストと粗粒ダストを混合して用いることにより、高い触媒活性、流動状態での安定性、送風動力の抑制がバランス良く確保された流動層を形成することができる。   In this method, either fine dust or coarse dust may be used. However, when fine dust and coarse dust are compared, fine dust has a higher specific surface area than coarse dust and therefore has higher catalytic activity, while the stability in fluidized state is better than coarse dust than fine dust. Is excellent. Further, since the iron content on the surface of the steelmaking dust particles is oxidized, the proportion of the oxidized iron content is increased in the fine dust having a larger specific surface area. For this reason, since the true density is larger in the coarse dust than in the fine dust, the blowing power of the mixed gas (g) which is a fluidized gas is larger in the case where the coarse dust is used. From the above points, by mixing and using fine dust and coarse dust, it is possible to form a fluidized bed in which high catalytic activity, stability in a fluidized state, and suppression of blowing power are ensured in a well-balanced manner. .

微粒ダストと粗粒ダストの好適な混合比率は、流動層高Lfと反応器内径Dとの比[Lf/D]に依存するため限定的ではないが、一般に、微粒ダストと粗粒ダストの混合比率[微粒ダスト:粗粒ダスト](質量比)は、Lf/Dが0.1〜0.5程度の場合には1:10〜1:5程度が適当であり、Lf/Dが0.5超〜2程度の場合には1:5〜1:1程度が適当であり、Lf/Dが2超〜10程度の場合には1:1〜5:1程度が適当である。   A suitable mixing ratio of the fine dust and the coarse dust is not limited because it depends on the ratio [Lf / D] of the fluidized bed height Lf and the inner diameter D of the reactor, but generally, the fine dust and the coarse dust are mixed. The ratio [fine dust: coarse dust] (mass ratio) is suitably about 1:10 to 1: 5 when Lf / D is about 0.1 to 0.5, and Lf / D is 0.00. When the ratio is more than 5 to 2, about 1: 5 to 1: 1 is appropriate, and when Lf / D is more than 2 to about 10, about 1: 1 to 5: 1 is appropriate.

また、粉粒体(f)としては、上述した製鋼ダスト以外に、ミルスケールなどを乾燥後、数十〜数百μm程度に分級処理したものも使用することができる。このようなミルスケールなどの分級品は、製鋼ダストと同様に鉄分を多く含んでいるので、単独で粉粒体(f)として使用することもできるが、触媒活性、流動特性ともに製鋼ダストよりも低いため、製鋼ダストと混合して使用することが好ましい。
その他、ミルスケールを還元して製造される還元鉄粉や、水アトマイズ法で溶鋼から製造されるアトマイズ鉄粉なども、単独で粉粒体(f)として使用することができるが、真密度が大きいので、製鋼ダストと混合し、流動性を良好にして用いる方がよい。
したがって、粉粒体(f)は、少なくとも一部が製鋼ダストであること、好ましくは製鋼ダストを主体とする(すなわち、製鋼ダストを50質量%以上含む)ものであること、より好ましくは製鋼ダストからなることが望ましい。
Moreover, as a granular material (f), what carried out the classification process to about several dozen-several hundred micrometers after drying a mill scale etc. besides the steelmaking dust mentioned above can also be used. Such a classified product such as mill scale contains a large amount of iron as well as steelmaking dust, so it can be used alone as a granular material (f), but both catalytic activity and flow characteristics are better than steelmaking dust. Since it is low, it is preferable to use it mixed with steelmaking dust.
In addition, reduced iron powder produced by reducing the mill scale and atomized iron powder produced from molten steel by the water atomization method can be used alone as a powder (f). Since it is large, it is better to mix it with steelmaking dust and use it with good fluidity.
Therefore, the powder (f) is at least partly made of steelmaking dust, preferably mainly made of steelmaking dust (that is, containing 50% by mass or more of steelmaking dust), more preferably steelmaking dust. It is desirable to consist of.

また、流動媒体は、粉粒体(f)が主体となる(すなわち、粉粒体(f)を50質量%以上含む)が、その他の粉粒体を加えてもよい。例えば、アルミナ粉、珪砂などの1種以上の無機粉体を混合することで、流動性をさらに良好にするとともに、混合ガス(g)の送風動力の増加を抑制することもできる。無機粉体を混合する場合、その混合割合は、粉粒体(f)の触媒活性の顕著な低下を招かないようにするため50質量%未満とする。
図6に示すように、流動媒体の流動化ガスである混合ガス(g)は流動層反応器下部から供給され、ガス分散板201から上方に吹き出すことで流動層23を形成する。ガス分散板201から吹き出す混合ガス(g)の流速は、良好な分散状態を維持できればよく、通常は0.05〜2m/sec程度が適当である。0.05m/sec未満では流動性が低下する。一方、流速が2m/secを超えると流動性には問題ないものの、流動層反応器20から排出されるガス(g)の流速が大きくなり、流動媒体の飛散量が増加してサイクロン等の集塵機の負荷が過大となるだけでなく、後述するように、固体有機物質を反応器上部から供給する場合の固体有機物質の粒径も大きくする必要があるので、反応効率が低下する。
The fluid medium is mainly composed of the powder (f) (that is, containing 50% by mass or more of the powder (f)), but other powders may be added. For example, by mixing one or more inorganic powders such as alumina powder and silica sand, the fluidity can be further improved and the increase in the blowing power of the mixed gas (g) can be suppressed. When the inorganic powder is mixed, the mixing ratio is set to less than 50% by mass so as not to cause a significant decrease in the catalytic activity of the granular material (f).
As shown in FIG. 6, a mixed gas (g) that is a fluidized gas of a fluidized medium is supplied from the lower part of the fluidized bed reactor and blown upward from the gas dispersion plate 201 to form a fluidized bed 23. The flow rate of the mixed gas (g) blown out from the gas dispersion plate 201 is only required to maintain a good dispersion state, and is usually about 0.05 to 2 m / sec. If it is less than 0.05 m / sec, the fluidity decreases. On the other hand, if the flow rate exceeds 2 m / sec, there is no problem in fluidity, but the flow rate of the gas (g p ) discharged from the fluidized bed reactor 20 increases, and the amount of scattering of the fluidized medium increases, resulting in cyclones and the like. Not only the load of the dust collector becomes excessive, but also the particle size of the solid organic material when the solid organic material is supplied from the upper part of the reactor needs to be increased as described later, so that the reaction efficiency is lowered.

有機物質の流動層反応器20内への供給方法は、含油スラッジや廃油のような液体の有機物質についてはスプレーノズルなどによって噴霧すればよく、供給位置は流動層反応器20の上部或いはガス分散板201の上部など何れの位置でもよい。一方、プラスチックやバイオマスのような固体有機物質の場合、流動層反応器20の上部から供給することが一般的であるが、混合ガス(g)の一部を分岐して、混合ガス(g)による空気輸送によってガス分散板201の上部に供給することもできる。なお、固体有機物質を流動層反応器20の上部から供給する場合は、空気輸送で供給するよりも、重力で落下させる方が簡便である。ただし、その場合は供給した固体有機物質が飛散しない粒径、密度になるよう成型するととともに、反応効率を低下させない粒径を選択することが好ましい。   As a method for supplying the organic substance into the fluidized bed reactor 20, a liquid organic substance such as oil-containing sludge or waste oil may be sprayed by a spray nozzle or the like, and the supply position may be the upper part of the fluidized bed reactor 20 or gas dispersion. Any position such as the upper part of the plate 201 may be used. On the other hand, in the case of a solid organic material such as plastic or biomass, it is generally supplied from the upper part of the fluidized bed reactor 20, but a part of the mixed gas (g) is branched and mixed gas (g). It is also possible to supply the upper part of the gas dispersion plate 201 by pneumatic transportation. In addition, when supplying a solid organic substance from the upper part of the fluidized bed reactor 20, it is easier to drop by gravity rather than supplying by pneumatic transportation. However, in that case, it is preferable to mold the supplied solid organic material so that the particle size and density do not scatter, and to select a particle size that does not reduce the reaction efficiency.

なお、この方法では、プラスチックなどの有機物質が低分子化し、反応機内を流れるガスの分子数が2倍程度に増加するため、反応器内の生成ガスの流速は混合ガス(g)の2倍程度になることに留意することが必要である。例えば、混合ガス(g)の流速が0.05m/secであれば、生成ガスの流速は0.1m/sec程度となるため、固体有機物質の真密度を1g/cmとすると、その好ましい粒径は2〜6mm程度である。また、混合ガス(g)の流速が2m/secであれば、生成ガスの流速は4m/sec程度となるため、有機物質の真密度を1g/cmとすると、その好ましい粒径は15〜20mm程度である。 In this method, plastics and other organic substances are reduced in molecular weight, and the number of molecules of gas flowing in the reactor increases by about twice, so the flow rate of the product gas in the reactor is twice that of the mixed gas (g). It must be noted that For example, if the flow rate of the mixed gas (g) is 0.05 m / sec, the flow rate of the product gas is about 0.1 m / sec. Therefore, the true density of the solid organic substance is preferably 1 g / cm 3. The particle size is about 2 to 6 mm. Moreover, if the flow rate of the mixed gas (g) is 2 m / sec, the flow rate of the product gas is about 4 m / sec. Therefore, when the true density of the organic substance is 1 g / cm 3 , the preferred particle size is 15 to It is about 20 mm.

本発明法で製造された水素(水素リッチの混合ガスの場合を含む。以下同様)は任意の用途に適用でき、例えば、燃料電池用高純度水素として利用することもできる。
また、製鉄所の操業方法として、本発明法で製造された水素を製鉄所内で原料ガス、還元剤、燃料のうちの1つ以上として利用することができる。具体的には、(ア)高炉内に吹き込むことにより鉄鉱石の還元剤として利用する、(イ)高炉などから排出されるCOやCOのメタン化のための原料ガスとして利用する、(ウ)製鉄所内の設備の燃料として利用する、などの利用形態が挙げられる。
Hydrogen produced by the method of the present invention (including the case of a hydrogen-rich mixed gas; the same applies hereinafter) can be applied to any application, and can be used as, for example, high-purity hydrogen for fuel cells.
Further, as a method of operating a steel mill, hydrogen produced by the method of the present invention can be used as one or more of a source gas, a reducing agent, and a fuel in the steel mill. Specifically, it used as (A) used as a reducing agent for iron ore by blowing into the blast furnace, (b) the raw material gas for the methanation of CO 2 and CO discharged like a blast furnace, (c ) It can be used as a fuel for equipment in steelworks.

すなわち、本発明の製造方法により製造された水素は、例えば、(1)高炉内に還元剤として吹き込む高炉の操業法、(2)そのほか製鉄所内で原料ガス、還元剤、燃料のうちの1つ以上として利用する製鉄所の操業法、などに利用することができる。その場合、水蒸気改質又はその後のシフト反応で得られた水素リッチの混合ガスをそのまま利用してもよいし、その混合ガスからガス分離装置で分離された水素ガス(高純度水素ガス)を利用してもよい。
本発明法で製造された水素を還元剤として高炉などに吹き込む場合は、還元効率を高くするために、COやHOを除去した後に使用することが好ましい。COやHO、或いは微量の炭化水素などの不純物の除去方法にも特に制約はない。
That is, the hydrogen produced by the production method of the present invention is, for example, (1) a method of operating a blast furnace that is blown into the blast furnace as a reducing agent, and (2) any one of a raw material gas, a reducing agent, and a fuel in the steelworks. It can be used for the operation method of the steelworks used as above. In that case, the hydrogen-rich mixed gas obtained by steam reforming or the subsequent shift reaction may be used as it is, or hydrogen gas (high-purity hydrogen gas) separated from the mixed gas by a gas separator is used. May be.
When hydrogen produced by the method of the present invention is blown into a blast furnace or the like as a reducing agent, it is preferably used after removing CO 2 or H 2 O in order to increase the reduction efficiency. There are no particular limitations on the method for removing impurities such as CO 2 , H 2 O, and trace amounts of hydrocarbons.

なお、有機物質の改質反応で生成した液体生成物は、C5〜C24の炭化水素から成っていることから、ナフサ(C5〜C8)、灯油(C9〜C12)、軽油(C13〜C24)の混合物であり、重油相当(C25以上)をほとんど含まない良質の軽質油である。この液体生成物は、蒸留分離によって、ナフサ、灯油、軽油として別々に利用してもよいが、混合物のまま、製鉄所などのような冶金炉を有する工場の燃料や溶鉱炉の重油代替還元剤として利用することができる。なお、ナフサ(C5〜C8)の含有率が多いことから、ナフサ分は蒸留分離して化学工業原料として活用し、ナフサ分離後の蒸留残渣(灯油、軽油の混合物)だけを製鉄所で重油代替還元剤として利用してもよい。   In addition, since the liquid product produced | generated by the modification | reformation reaction of an organic substance consists of C5-C24 hydrocarbon, naphtha (C5-C8), kerosene (C9-C12), and light oil (C13-C24) It is a mixture and is a high quality light oil that contains almost no heavy oil equivalent (C25 or higher). This liquid product may be used separately as naphtha, kerosene, or light oil by distillation separation, but as a mixture, it can be used as a reducing agent instead of heavy oil in blast furnaces and fuels in factories with metallurgical furnaces such as ironworks. Can be used. Since the content of naphtha (C5 to C8) is high, the naphtha is separated by distillation and used as a raw material for chemical industry. Only the distillation residue (mixture of kerosene and light oil) after separation of naphtha is replaced with heavy oil at the steelworks It may be used as a reducing agent.

なお、以上述べた点からして、本発明で得られる混合ガス(g)と同等の組成の混合ガスを用いれば、有機物質を効率的に分解し、低分子化することができる。特に、水蒸気濃度:20〜70vol%、水素濃度:10〜40vol%、炭酸ガス濃度:40vol%以下、より好ましくは水蒸気濃度:25〜65vol%、水素濃度:15〜35vol%、炭酸ガス濃度:35vol%以下である混合ガスを用いることにより、有機物質の分解率を十分に高めることができるとともに、気体生成物のLHVを高くすることができる。なお、この混合ガスに、他のガス成分(例えば、窒素など)が含まれることは妨げない。
このようなガス組成の限定理由は、さきに述べた本発明法における限定理由と同様である。本発明法以外でこのような組成の混合ガスを得るには、例えば、ベースとなるガスに水蒸気、水素、炭酸ガスの1種以上を添加する。
この混合ガスによる有機物質の改質(低分子化)条件は、さきに述べた本発明法における改質(低分子化)条件と同様である。
In addition, from the point mentioned above, if the mixed gas of the composition equivalent to the mixed gas (g) obtained by this invention is used, an organic substance can be decomposed | disassembled efficiently and a molecular weight can be reduced. In particular, water vapor concentration: 20-70 vol%, hydrogen concentration: 10-40 vol%, carbon dioxide concentration: 40 vol% or less, more preferably water vapor concentration: 25-65 vol%, hydrogen concentration: 15-35 vol%, carbon dioxide concentration: 35 vol By using a mixed gas that is less than or equal to%, the decomposition rate of the organic substance can be sufficiently increased, and the LHV of the gas product can be increased. In addition, it does not prevent that other gas components (for example, nitrogen etc.) are contained in this mixed gas.
The reason for limiting the gas composition is the same as the reason for limitation in the method of the present invention described above. In order to obtain a mixed gas having such a composition other than the method of the present invention, for example, one or more of water vapor, hydrogen, and carbon dioxide gas is added to the base gas.
The conditions for modifying (decreasing the molecular weight) of the organic substance by the mixed gas are the same as the conditions for modifying (decreasing the molecular weight) in the method of the present invention described above.

したがって、その方法の要旨は下記[1]〜[17]の通りであり、後述する本発明の実施例は下記方法の実施例でもある。
[1]水蒸気濃度が20〜70vol%、水素濃度が10〜40vol%、炭酸ガス濃度が40vol%以下である混合ガスを有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせ、該改質反応により生じた生成物を水蒸気改質することにより水素を生成させることを特徴とする水素の製造方法。
[2]上記[1]の方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物を水蒸気改質した後、さらにシフト反応を行わせることにより水素を生成させることを特徴とする水素の製造方法。
[3]上記[2]の方法において、水蒸気改質で生成したガスを冷却した後、水蒸気又は/及び水を添加してシフト反応を行うことを特徴とする水素の製造方法。
[4]上記[3]の方法において、水蒸気改質で生成したガスを200〜300℃でシフト反応させることを特徴とする水素の製造方法。
Therefore, the gist of the method is as described in [1] to [17] below, and examples of the present invention described later are also examples of the following method.
[1] The organic substance is modified to lower the molecular weight by bringing a mixed gas having a water vapor concentration of 20 to 70 vol%, a hydrogen concentration of 10 to 40 vol%, and a carbon dioxide concentration of 40 vol% or less into contact with the organic substance. A method for producing hydrogen, characterized in that hydrogen is produced by causing a reaction and steam reforming a product produced by the reforming reaction.
[2] A method for producing hydrogen according to the method of [1], wherein the product produced by the reforming reaction of the organic substance is subjected to steam reforming and then subjected to a shift reaction to generate hydrogen. .
[3] A method for producing hydrogen according to the method of [2], wherein after the gas generated by the steam reforming is cooled, the shift reaction is performed by adding steam or / and water.
[4] A method for producing hydrogen according to the method of [3], wherein a gas generated by steam reforming is subjected to a shift reaction at 200 to 300 ° C.

[5]上記[1]〜[4]のいずれかの方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物から気体生成物を分離し、該気体生成物を水蒸気改質することを特徴とする水素の製造方法。
[6]上記[1]〜[4]のいずれかの方法において、有機物質の改質反応により生じた生成物から液体生成物を分離し、該液体生成物を水蒸気改質することを特徴とする水素の製造方法。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの方法において、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を別々の反応器内で行い、有機物質の改質反応により生じた生成物に水蒸気を添加して水蒸気改質を行うことを特徴とする水素の製造方法。
[8]上記[1]〜[4]のいずれかの方法において、水蒸気改質に必要な水蒸気を含有し若しくは該水蒸気を添加した混合ガス(g)を用い、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で行うことを特徴とする水素の製造方法。
[5] The method according to any one of [1] to [4] above, wherein a gas product is separated from a product generated by a reforming reaction of an organic substance, and the gas product is steam reformed. To produce hydrogen.
[6] The method according to any one of [1] to [4] above, wherein a liquid product is separated from a product generated by a reforming reaction of an organic substance, and the liquid product is steam-reformed. To produce hydrogen.
[7] In any one of the above methods [1] to [6], the organic material reforming reaction and the steam reforming of the product generated by the reforming reaction are performed in separate reactors, and the organic material A method for producing hydrogen, wherein steam reforming is performed by adding steam to a product produced by the reforming reaction.
[8] In any of the methods [1] to [4] above, using a mixed gas (g) containing or added with water vapor necessary for steam reforming, reforming reaction of an organic substance, A method for producing hydrogen, characterized in that steam reforming of a product generated by this reforming reaction is performed in one reactor.

[9]上記[1]〜[8]のいずれかの方法において、流動層において混合ガス(g)を有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせることを特徴とする水素の製造方法。
[10]上記[9]の方法において、真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を少なくとも流動媒体の一部とする流動層を用いることを特徴とする水素の製造方法。
[11]上記[10]の方法において、粉粒体(f)の少なくとも一部が、製鋼工程で発生する鉄含有ダストであることを特徴とする水素の製造方法。
[12]上記[11]の方法において、粉粒体(f)が製鋼工程で発生する鉄含有ダストであることを特徴とする水素の製造方法。
[13]上記[10]〜[12]のいずれかの方法において、流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることを特徴とする水素の製造方法。
[9] In any of the methods [1] to [8] above, the mixed gas (g) is brought into contact with the organic substance in the fluidized bed, thereby causing a reaction for modifying the organic substance to reduce the molecular weight. A method for producing hydrogen, comprising:
[10] In the method of [9] above, at least a powder (f) having a true density of 4 to 8 g / cm 3 and containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr is at least a fluid medium. A method for producing hydrogen, comprising using a fluidized bed as a part of
[11] A method for producing hydrogen according to the method of [10], wherein at least a part of the granular material (f) is iron-containing dust generated in a steelmaking process.
[12] The method for producing hydrogen according to the above [11], wherein the granular material (f) is iron-containing dust generated in a steelmaking process.
[13] In any one of the above methods [10] to [12], the gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through a dust collector, and the fluid medium contained in the gas (g p ) is collected. A method for producing hydrogen, wherein the collected fluid medium is circulated in a fluidized bed.

[14]上記[1]〜[13]のいずれかの方法において、水蒸気改質又はその後のシフト反応で得られたガスから水素を分離し、水素ガスを得ることを特徴とする水素の製造方法。
[15]上記[1]〜[14]のいずれかの方法において、水蒸気改質で生成したガス及び/又は水蒸気改質後のシフト反応で生成したガスから熱回収を行い、回収された熱を、水蒸気改質用の水蒸気及び/又はシフト反応用の水蒸気を生成するための熱源として用いることを特徴とする水素の製造方法。
[16]上記[1]〜[15]のいずれかの方法において、水蒸気改質又はその後のシフト反応で得られたガスから水素を分離した後のオフガス、及び/又は、有機物質の改質により生成した気体生成物の一部を、水蒸気改質反応器の熱源用燃料として用いることを特徴とする水素の製造方法。
[17]上記[1]〜[16]のいずれかの方法において、改質される有機物質が、プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスの中から選ばれる1種以上であることを特徴とする水素の製造方法。
[14] The method for producing hydrogen according to any one of the above [1] to [13], wherein hydrogen is separated from a gas obtained by steam reforming or a subsequent shift reaction to obtain hydrogen gas .
[15] In any one of the above methods [1] to [14], heat is recovered from the gas generated by the steam reforming and / or the gas generated by the shift reaction after the steam reforming, and the recovered heat is A method for producing hydrogen, characterized by being used as a heat source for producing steam for steam reforming and / or steam for shift reaction.
[16] In any one of the above methods [1] to [15], by reforming off-gas and / or organic substances after separating hydrogen from the gas obtained by steam reforming or the subsequent shift reaction Part of the produced gas product is used as a heat source fuel for a steam reforming reactor.
[17] The hydrogen according to any one of the above [1] to [16], wherein the organic substance to be modified is one or more selected from plastic, oil-containing sludge, waste oil, and biomass. Manufacturing method.

[実施例1]
・発明例1
一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスとして転炉ガスを用い、この転炉ガスをシフト反応によってH、CO、HOを主成分とする混合ガスに変換した後、さらに、水蒸気改質に必要な水蒸気((2)式参照)を加えて、一つの反応炉内で廃プラスチックのモデル物質としてのポリエチレンの低分子化反応と水蒸気改質反応を行い、水素を製造した。なお、本発明例では、水蒸気改質後の残留COから水素を製造する目的のシフト反応は、特に技術的課題がないので省略した。
[Example 1]
・ Invention Example 1
A converter gas is used as an exhaust gas generated from a metallurgical furnace containing carbon monoxide, and the converter gas is converted into a mixed gas mainly composed of H 2 , CO 2 , and H 2 O by a shift reaction. Steam was added to the water (see equation (2)), and hydrogen was produced in a single reactor using a low molecular weight reaction and steam reforming reaction of polyethylene as a model material for waste plastic. In the examples of the present invention, the shift reaction for the purpose of producing hydrogen from residual CO after steam reforming was omitted because there was no technical problem.

転炉ガスを一時貯留するガスホルダーのガス払出し配管に分岐管を設け、この分岐管を通じて転炉ガスの一部を抜き出すことができるようにした。この分岐管の下流側には、流量調節弁、スチーム混合器、予熱器(転炉ガスとスチームの混合ガス用)、シフト反応器(円筒竪型)、改質反応器(外熱式ロータリーキルン)、また、改質反応器の入側にはスクリューコンベア方式の廃プラスチック定量投入装置を設置した。改質反応生成物分析のためのサンプリングポートよりも下流部分は、水素製造のための水蒸気改質部分とした。低分子化反応と水蒸気改質反応を一体化して行う炉の下流側には、水蒸気改質後の残留COを水素に変換するためのシフト反応器を設置した。なお、実験に応じて、水蒸気改質炉、残留COの水素変換用シフト反応器はバイパスすることが可能である。   A branch pipe is provided in the gas discharge pipe of the gas holder for temporarily storing the converter gas, and a part of the converter gas can be extracted through the branch pipe. Downstream of this branch pipe are a flow control valve, steam mixer, preheater (for converter gas and steam mixed gas), shift reactor (cylindrical vertical type), reforming reactor (external heating type rotary kiln). Also, a screw conveyor type waste plastic quantitative charging device was installed on the inlet side of the reforming reactor. The portion downstream of the sampling port for analysis of the reforming reaction product was a steam reforming portion for hydrogen production. A shift reactor for converting residual CO after steam reforming to hydrogen was installed on the downstream side of the furnace in which the low molecular weight reaction and the steam reforming reaction were integrated. Depending on the experiment, the steam reforming furnace and the shift reactor for hydrogen conversion of residual CO can be bypassed.

ガスホルダー中の転炉ガスの平均組成は、H:12vol%、CO:54vol%、CO:17vol%、HO:1vol%、N:16vol%であった。スチーム混合器に対して転炉ガスを74Nm/h、水蒸気として圧力10kg/cmGのスチームを100Nm/h供給し、予熱器で320℃まで昇温した後、シフト反応器(Fe−Cr系高温シフト触媒充填)に導入した。シフト反応器でのシフト反応によって、ガス組成がH:26vol%、CO:2vol%、CO:28vol%、HO:37vol%、N:7vol%のガス(シフト反応生成ガス)が得られた。このシフト反応生成ガスは、流量が172Nm/h(質量流量では170kg/h)、反応器出口ガス温度が430℃であった。 The average composition of the converter gas in the gas holder, H 2: 12vol%, CO : 54vol%, CO 2: 17vol%, H 2 O: 1vol%, N 2: was 16 vol%. The converter gas 74 nm 3 / h, a steam pressure 10 kg / cm 2 G and 100 Nm 3 / h supplied as steam against a steam mixer, after raising the temperature to 320 ° C. in the preheater, the shift reactor (Fe- (Cr-based high temperature shift catalyst filling). Due to the shift reaction in the shift reactor, gas having a gas composition of H 2 : 26 vol%, CO: 2 vol%, CO 2 : 28 vol%, H 2 O: 37 vol%, N 2 : 7 vol% (shift reaction product gas) Obtained. This shift reaction product gas had a flow rate of 172 Nm 3 / h (170 kg / h in mass flow rate) and a reactor outlet gas temperature of 430 ° C.

改質反応器である外熱式ロータリーキルンは予め500℃に予熱されており、この改質反応器に、前述のシフト反応生成ガス全量と、水蒸気改質用水蒸気として圧力20kg/cmGのスチームを1900Nm/h、並びに、廃プラスチックのモデル物質として粒状に破砕処理したポリエチレンを880kg/hで供給し、計画反応温度である900℃まで昇温し、900℃に到達し、反応が安定してからさらに2時間、廃プラスチックを低分子化させる改質反応と、この改質反応で生成した生成物の水蒸気改質反応を継続した。その結果、H:61vol%、CO:27vol%、CO:3vol%、HO:9vol%、N:<1vol%である水蒸気改質生成ガスが5230Nm/h生成した。定量的ではないが、未反応ポリエチレンなどの固体残渣は認められなかった。 The externally heated rotary kiln, which is a reforming reactor, is preheated to 500 ° C. in advance, and the reforming reactor is supplied with the above-mentioned total amount of shift reaction product gas and steam at a pressure of 20 kg / cm 2 G as steam for steam reforming. 1900 Nm 3 / h and polyethylene crushed into a granular material as a model material of waste plastic at 880 kg / h, the temperature is raised to 900 ° C. which is the planned reaction temperature, reaches 900 ° C., and the reaction is stabilized. For another 2 hours, the reforming reaction for reducing the molecular weight of the waste plastic and the steam reforming reaction of the product produced by this reforming reaction were continued. As a result, 5230 Nm 3 / h of steam reformed product gas with H 2 : 61 vol%, CO: 27 vol%, CO 2 : 3 vol%, H 2 O: 9 vol%, and N 2 : <1 vol% was produced. Although not quantitative, solid residues such as unreacted polyethylene were not observed.

シフト反応を考慮すると、1分子のCOは1分子のHに相当する。一方、廃プラスチックはカーボンフリーであり、また、水蒸気は廃熱回収によって製造できるため、供給原料のうち、転炉ガス中のHとCOだけが原料中の水素源とみなされる。転炉ガス中のHとCOの合計流量は49Nm/hであり、生成した水素量は3190Nm/hであるので、転炉ガス中の水素源の65倍のHが製造されたことに相当する。
本発明例では、水蒸気改質で残留するCOのシフト反応による水素製造は省略した。仮にシフト反応を250℃で行うと、平衡計算から、さらに1050Nm/hの水素が製造できる計算となる。したがって、残留COのシフト反応まで含めた総水素製造量は転炉ガス中の水素源の86倍に達する。
Considering the shift reaction, one molecule of CO corresponds to one molecule of H 2 . On the other hand, since waste plastic is carbon-free and steam can be produced by waste heat recovery, only H 2 and CO in the converter gas are regarded as the hydrogen source in the raw material. Since the total flow rate of H 2 and CO in the converter gas is 49 Nm 3 / h and the amount of generated hydrogen is 3190 Nm 3 / h, 65 times as much H 2 as the hydrogen source in the converter gas was produced. It corresponds to that.
In the examples of the present invention, hydrogen production by shift reaction of CO remaining by steam reforming was omitted. If the shift reaction is performed at 250 ° C., it is calculated from the equilibrium calculation that hydrogen of 1050 Nm 3 / h can be produced. Therefore, the total hydrogen production including the shift reaction of residual CO reaches 86 times the hydrogen source in the converter gas.

・発明例2
一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスとして高炉ガスを用い、ポリエチレンの低分子化反応を行った後、低分子化生成物全量を水蒸気改質炉に導入した。さらに、水蒸気改質後に残留するCOから水素を製造するため、水蒸気改質生成物の全量をシフト反応器に導入した。なお、脱硫・乾燥処理後の高炉ガスの組成はH:3vol%、CO:23vol%、CO:21vol%、N:53vol%であったので、以下に述べるPSA法によってN分離を行い、COを濃縮した。
・ Invention Example 2
The blast furnace gas was used as the exhaust gas generated from the metallurgical furnace containing carbon monoxide, and after the low molecular weight reaction of polyethylene was performed, the entire amount of the low molecular weight product was introduced into the steam reforming furnace. Furthermore, in order to produce hydrogen from CO remaining after steam reforming, the entire amount of the steam reforming product was introduced into the shift reactor. Since the composition of the blast furnace gas after desulfurization / drying treatment was H 2 : 3 vol%, CO: 23 vol%, CO 2 : 21 vol%, N 2 : 53 vol%, N 2 separation was performed by the PSA method described below. And concentrated the CO.

吸着剤としてCu担持活性炭を400kg充填した吸着塔に上述の高炉ガスを常圧で136Nm/h供給した。脱着は7kPa(絶対圧)で行い、脱着ガスの組成はH:<1vol%、CO:47vol%、CO:37vol%、N:16vol%であり、流量は58Nm/hであった。このCOを濃縮した高炉ガス58Nm/hと水蒸気として圧力10kg/cmGのスチーム73Nm/hをスチーム混合器に供給し、発明例1と同様にしてシフト反応を行った。その結果、ガス組成がH:19vol%、CO:2vol%、CO:35vol%、HO:37vol%、N:7vol%のガス(シフト反応生成ガス)が得られた。このシフト反応生成ガスは、流量が130Nm/h(質量流量では146kg/h)、反応器出口ガス温度が430℃であった。このシフト反応生成ガスにより、反応温度600℃でポリエチレンの低分子化反応を行った。反応結果は気体生成物生成量280kg/h、液体生成物生成量590kg/h、ポリエチレン分解率85%であった。 The above-mentioned blast furnace gas was supplied at 136 Nm 3 / h at normal pressure to an adsorption tower packed with 400 kg of Cu + supported activated carbon as an adsorbent. Desorption was performed at 7 kPa (absolute pressure), and the composition of the desorption gas was H 2 : <1 vol%, CO: 47 vol%, CO 2 : 37 vol%, N 2 : 16 vol%, and the flow rate was 58 Nm 3 / h. . The CO and steam 73 nm 3 / h a pressure 10 kg / cm 2 G was supplied to the steam mixer as blast furnace gas 58 nm 3 / h and steam was concentrated and subjected to a shift reaction in the same manner as in Invention Example 1. As a result, a gas (shift reaction product gas) having a gas composition of H 2 : 19 vol%, CO: 2 vol%, CO 2 : 35 vol%, H 2 O: 37 vol%, and N 2 : 7 vol% was obtained. This shift reaction product gas had a flow rate of 130 Nm 3 / h (146 kg / h in mass flow rate) and a reactor outlet gas temperature of 430 ° C. Using this shift reaction product gas, polyethylene was subjected to a molecular reduction reaction at a reaction temperature of 600 ° C. As a result of the reaction, the gas product yield was 280 kg / h, the liquid product yield was 590 kg / h, and the polyethylene degradation rate was 85%.

次に、未反応ポリエチレンも含めた低分子化反応生成物全量と水蒸気として圧力20kg/cmGのスチーム1490Nm/hを水蒸気改質炉に供給して、温度1000℃で水蒸気改質を行った。その結果、H:64vol%、CO:31vol%、CO:1vol%、HO:3vol%、N:1vol%である水蒸気改質生成ガスが4470Nm/h生成した。さらに、水蒸気改質生成ガスの温度を250℃まで冷却し、圧力20kg/cmGのスチーム1300Nm/hと混合してシフト反応器に供給した。反応温度250℃でシフト反応を行った結果、H:70vol%、CO:4vol%、CO:21vol%、HO:5vol%、N:<1vol%であるシフト反応生成ガスが5770Nm/h生成した。なお、定量的ではないが、水蒸気改質炉において未反応ポリエチレンなどの固体状物質も改質されたようであった。
発明例1と同様にして原料ガス中の水素源の何倍の水素が製造できたかを計算した。高炉ガス中のHとCO合計流量は35Nm/hであり、生成した総水素量(残留COのシフト反応後の全水素量)は4040Nm/hであるので、高炉ガスの水素源の115倍のHが製造されたことに相当する。
Next, steam reforming is performed at a temperature of 1000 ° C. by supplying the total amount of the low molecular weight reaction product including unreacted polyethylene and steam 1490 Nm 3 / h at a pressure of 20 kg / cm 2 G to the steam reforming furnace as steam. It was. As a result, 4470 Nm 3 / h of steam reforming product gas having H 2 : 64 vol%, CO: 31 vol%, CO 2 : 1 vol%, H 2 O: 3 vol%, and N 2 : 1 vol% was produced. Further, the temperature of the steam reforming product gas was cooled to 250 ° C., mixed with steam 1300 Nm 3 / h at a pressure of 20 kg / cm 2 G, and supplied to the shift reactor. As a result of the shift reaction at a reaction temperature of 250 ° C., 5770 Nm of shift reaction product gas with H 2 : 70 vol%, CO: 4 vol%, CO 2 : 21 vol%, H 2 O: 5 vol%, N 2 : <1 vol%. 3 / h was produced. Although not quantitative, it seems that solid substances such as unreacted polyethylene were also modified in the steam reforming furnace.
In the same manner as in Invention Example 1, it was calculated how many times as much hydrogen as the hydrogen source in the raw material gas could be produced. The total flow rate of H 2 and CO in the blast furnace gas is 35 Nm 3 / h, and the total amount of hydrogen produced (total amount of hydrogen after the shift reaction of residual CO) is 4040 Nm 3 / h. This is equivalent to producing 115 times more H 2 .

・発明例3
本発明例はポリエチレンではなく、産業廃棄物系の廃プラスチックを用いた以外は発明例2と同様にして改質反応(プラスチックの低分子化、低分子化反応生成物の水蒸気改質、水蒸気改質残留COのシフト反応)を行った。
用いた廃プラスチックを溶剤抽出、赤外分光光度計などで分析した結果、PPなどのポリオレフィンが74質量%、PETなどのポリエステルが16質量%、灰分が3質量%、その他7質量%であった。これらの他に金属等の夾雑物が認められたが、それらは除去して実験に供した。その結果、低分子化反応では生成物量が約10%減の気体生成物生成量250kg/h、液体生成物生成量550kg/hとなった。この生成物を水蒸気改質した結果、H:63vol%、CO:30vol%、CO:1vol%、HO:4vol%、N:3vol%(流量:4020Nm/h)のガスが生成し、さらに、この水蒸気改質生成ガスの残留COのシフト反応を行った結果、H:68vol%、CO:4vol%、CO:21vol%、HO:5vol%、N:2vol%(流量:5300Nm/h)のガスが生成した。
-Invention Example 3
The present invention example was not polyethylene, but a reforming reaction (reducing the molecular weight of the plastic, steam reforming of the lower molecular weight reaction product, A shift reaction of the residual CO was performed.
As a result of solvent waste extraction and analysis using an infrared spectrophotometer, the used plastic was 74% by mass of polyolefin such as PP, 16% by mass of polyester such as PET, 3% by mass of ash, and 7% by mass of others. . In addition to these, impurities such as metals were observed, but they were removed and used for the experiment. As a result, in the molecular weight reduction reaction, the amount of product was reduced by about 10%, resulting in a gas product production of 250 kg / h and a liquid product production of 550 kg / h. Results The product was steam reforming, H 2: 63vol%, CO : 30vol%, CO 2: 1vol%, H 2 O: 4vol%, N 2: 3vol% ( flow rate: 4020Nm 3 / h) of gas As a result of further shift reaction of residual CO of this steam reforming product gas, H 2 : 68 vol%, CO: 4 vol%, CO 2 : 21 vol%, H 2 O: 5 vol%, N 2 : 2 vol % (Flow rate: 5300 Nm 3 / h) of gas was produced.

発明例1と同様にして原料ガス中の水素源の何倍の水素が製造できたかを計算した。高炉ガス中のHとCOの合計流量は35Nm/hであり、生成した総水素量(残留COのシフト反応後の全水素量)は3600Nm/hであるので、高炉ガスの水素源の103倍のHが製造されたことに相当する。
実際の廃プラスチックでは、ポリエチレンよりも1割程度の効率低下となった。しかし、廃プラスチック中には全く反応に関与しない灰分が3質量%存在することから、3%の効率低下は自明である。一方、比較的反応性の高いポリオレフィンは74質量%に過ぎず、もしポリオレフィンのみが反応しているならば、26%の効率低下になるはずである。実際の効率低下は約10%なので、PETなどのポリエステルも反応し、水素に変化したものと考えられる。
In the same manner as in Invention Example 1, it was calculated how many times as much hydrogen as the hydrogen source in the raw material gas could be produced. Since the total flow rate of H 2 and CO in the blast furnace gas is 35 Nm 3 / h and the total amount of hydrogen generated (total hydrogen amount after the shift reaction of residual CO) is 3600 Nm 3 / h, the hydrogen source of the blast furnace gas 103 times of H 2 is equivalent to that produced.
In actual waste plastic, the efficiency decreased by about 10% compared to polyethylene. However, since 3% by mass of ash that is not involved in the reaction is present in the waste plastic, the efficiency reduction of 3% is obvious. On the other hand, the relatively highly reactive polyolefin is only 74% by mass, and if only the polyolefin is reacted, the efficiency should be reduced by 26%. Since the actual efficiency drop is about 10%, it is considered that polyester such as PET also reacted and changed to hydrogen.

[実施例2]
・発明例4
転炉ガスを一時貯留するガスホルダーのガス払出し配管に分岐管を設け、この分岐管を通じて転炉ガスの一部を抜き出すことができるようにした。この分岐管の下流側には流量調節弁、スチーム混合器、予熱器(転炉ガスとスチームの混合ガス用)、シフト反応器(円筒竪型)、改質反応器(外熱式ロータリーキルン)、液体燃料捕集器を備えた改質反応生成ガス冷却用のガス冷却器を、この順に配置した。前記改質反応器の入側には、スクリューコンベア方式の廃プラスチック定量投入装置を設置した。また、シフト反応器の出側配管とガス冷却器の冷却後ガスの出側配管には、サンプリングポートと流量計を設置した。
[Example 2]
Invention example 4
A branch pipe is provided in the gas discharge pipe of the gas holder for temporarily storing the converter gas, and a part of the converter gas can be extracted through the branch pipe. Downstream of this branch pipe is a flow control valve, steam mixer, preheater (for converter gas and steam mixed gas), shift reactor (cylindrical vertical type), reforming reactor (externally heated rotary kiln), A gas cooler for cooling the reformed reaction product gas provided with a liquid fuel collector was arranged in this order. On the inlet side of the reforming reactor, a screw conveyor type waste plastic quantitative charging device was installed. A sampling port and a flow meter were installed in the outlet piping of the shift reactor and the outlet piping of the gas after cooling of the gas cooler.

ガスホルダー中の転炉ガスの平均組成は、H:12vol%、CO:54vol%、CO:17vol%、HO:1vol%、N:16vol%であった。スチーム混合器に対して転炉ガスを74Nm/h、水蒸気として圧力10kg/cmGのスチームを100Nm/h供給し、予熱器で320℃まで昇温した後、シフト反応器(Fe−Cr系高温シフト触媒充填)に導入した。シフト反応器でのシフト反応によって、ガス組成がH:26vol%、CO:2vol%、CO:28vol%、HO:37vol%、N:7vol%のガス(シフト反応生成ガス)が得られた。このシフト反応生成ガスは、流量が172Nm/h(質量流量では170kg/h)、反応器出口ガス温度が430℃であった。 The average composition of the converter gas in the gas holder, H 2: 12vol%, CO : 54vol%, CO 2: 17vol%, H 2 O: 1vol%, N 2: was 16 vol%. The converter gas 74 nm 3 / h, a steam pressure 10 kg / cm 2 G and 100 Nm 3 / h supplied as steam against a steam mixer, after raising the temperature to 320 ° C. in the preheater, the shift reactor (Fe- (Cr-based high temperature shift catalyst filling). Due to the shift reaction in the shift reactor, gas having a gas composition of H 2 : 26 vol%, CO: 2 vol%, CO 2 : 28 vol%, H 2 O: 37 vol%, N 2 : 7 vol% (shift reaction product gas) Obtained. This shift reaction product gas had a flow rate of 172 Nm 3 / h (170 kg / h in mass flow rate) and a reactor outlet gas temperature of 430 ° C.

改質反応器である外熱式ロータリーキルンは予め500℃に予熱されており、この改質反応器に、シフト反応生成ガスを導入するとともに、廃プラスチックのモデル物質として粒状に破砕処理したポリエチレンを880kg/hで供給し、計画反応温度である800℃まで昇温させた。800℃に到達後、液体生成物捕集器に捕集されていた液体生成物を払い出し、その後1時間、廃プラスチックの改質反応を継続した。
気体生成物分はガス冷却器による冷却後のガス分析結果から、また、液体生成物分は液体生成物捕集器に捕集された液体生成物の分析結果から、それぞれ生成量と組成を求め、また、気体生成物についてはLHVを求めた。それらの結果を表1に示す。
The externally heated rotary kiln, which is a reforming reactor, is preheated to 500 ° C. in advance, and 880 kg of polyethylene that has been crushed into granules as a model material of waste plastic is introduced into this reforming reactor while introducing a shift reaction product gas. / H, and the temperature was raised to 800 ° C., which is the planned reaction temperature. After reaching 800 ° C., the liquid product collected in the liquid product collector was discharged, and then the reforming reaction of the waste plastic was continued for 1 hour.
The amount and composition of the gas product are determined from the gas analysis results after cooling by the gas cooler, and the liquid product content is determined from the analysis results of the liquid product collected in the liquid product collector. Moreover, LHV was calculated | required about the gaseous product. The results are shown in Table 1.

原料として供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量は1050kg/hであるので、供給原料総量に対する生成率は、気体生成物が36%、液体生成物が62%であった。未反応ポリエチレン量を直接計量することは困難なので、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量(1050kg/h)に対する、気体生成物(380kg/h)と液体生成物(650kg/h)の合計収率をポリエチレン分解率と定義すると、この発明例4では、ポリエチレン分解率が98%と十分に高い値であること、C25以上の炭化水素の生成がほとんど認められないことから、ポリエチレンは効率的に低分子化されたことは明らかである。有機物質の改質反応によりHO、CO、Hは完全に消費されており、水蒸気改質、炭酸ガス改質、水素化、水素化分解の4反応が同時に進行したものと考えられる。生成した気体生成物のLHVは8.9Mcal/Nmと、転炉ガス(1.9Mcal/Nm)の4.7倍に増熱していた。 Since the total amount of shift reaction product gas and polyethylene supplied as raw materials was 1050 kg / h, the production rate relative to the total amount of the feed materials was 36% for gas products and 62% for liquid products. Since it is difficult to directly measure the amount of unreacted polyethylene, the sum of gas product (380 kg / h) and liquid product (650 kg / h) relative to the total amount of shift reaction product gas and polyethylene (1050 kg / h) supplied. When the yield is defined as the polyethylene decomposition rate, in Example 4, the polyethylene decomposition rate is a sufficiently high value of 98%, and the production of hydrocarbons of C25 or higher is hardly observed. It is clear that the molecular weight was reduced. H 2 O, CO 2 and H 2 are completely consumed by the reforming reaction of the organic substance, and it is considered that four reactions of steam reforming, carbon dioxide reforming, hydrogenation, and hydrocracking proceeded simultaneously. . The LHV of the produced gas product was 8.9 Mcal / Nm 3 and increased to 4.7 times that of the converter gas (1.9 Mcal / Nm 3 ).

Figure 2013209279
Figure 2013209279

次いで、図5に示す製造設備を用いて、表1で示した気体生成物から以下のようにして水素を製造した。表1に示した気体生成物(380kg/h)を圧縮機8で0.25MPaまで昇圧した後、水蒸気改質反応器3に導入し、この水蒸気改質反応器3において水蒸気を添加して750℃で水蒸気改質反応を行った。なお、水蒸気の添加量は2700kg/hとした(当該気体生成物を水蒸気改質する量論水量の14倍)。この水蒸気改質で得られたガスを熱交換器9で230℃まで冷却した後、シフト反応器5に導入してさらに水蒸気を添加し、シフト反応を行った。なお、水蒸気の添加量は900kg/hとした(当該ガスのシフト反応量論水量の3倍)。このシフト反応で得られた水素リッチガスをさらに熱交換器10で冷却し、セパレータ11で水分を分離した後、圧縮機12で0.9MPaまで昇圧した。さらに、冷却器13で冷却した後、ガス分離装置14(例えば、PSAガス分離装置)で水素を分離することにより、高純度水素(純度:99.999%以上)を4000Nm/h製造できた。なお、図5においてガスライン15,16で示すように、原料である気体生成物の一部とガス分離装置14のオフガスを水蒸気改質反応器3の熱源として使用した。 Next, hydrogen was produced from the gas products shown in Table 1 as follows using the production facility shown in FIG. The gas product (380 kg / h) shown in Table 1 was pressurized to 0.25 MPa by the compressor 8 and then introduced into the steam reforming reactor 3, and steam was added to the steam reforming reactor 3 to 750. A steam reforming reaction was performed at 0 ° C. In addition, the addition amount of water vapor | steam was 2700 kg / h (14 times the stoichiometric water amount which carries out the steam reforming of the said gas product). After the gas obtained by this steam reforming was cooled to 230 ° C. by the heat exchanger 9, it was introduced into the shift reactor 5 and further steam was added to carry out a shift reaction. The addition amount of water vapor was 900 kg / h (three times the shift reaction stoichiometric amount of the gas). The hydrogen-rich gas obtained by this shift reaction was further cooled by the heat exchanger 10, the moisture was separated by the separator 11, and then the pressure was increased to 0.9 MPa by the compressor 12. Furthermore, after cooling with the cooler 13, high purity hydrogen (purity: 99.999% or more) was able to be produced at 4000 Nm 3 / h by separating hydrogen with a gas separator 14 (for example, PSA gas separator). . In addition, as shown by gas lines 15 and 16 in FIG. 5, a part of the gas product as a raw material and the off-gas of the gas separation device 14 were used as a heat source for the steam reforming reactor 3.

廃プラスチックの改質反応生成物から気体生成物だけを分離して水素製造用原料としたことで、液体生成物(軽油等)の改質で問題となるような煤の生成は認められなかった。また、圧縮機や配管の閉塞などのトラブルも皆無であった。本実施例では廃プラスチックのモデルとしてポリエチレンを用いたので、廃プラスチック由来の残渣や塩素は発生しないが、実際の廃プラスチックを対象とし、気体生成物を分離しない場合、残渣や塩素による圧縮機や配管の閉塞、減肉、腐食等のトラブルが発生することは明らかである。   By separating only the gaseous product from the reforming reaction product of waste plastic and using it as a raw material for hydrogen production, the generation of soot that would be a problem in reforming liquid products (light oil, etc.) was not observed. . In addition, there was no trouble such as blockage of the compressor and piping. In this example, polyethylene was used as a model of waste plastic, so residue and chlorine derived from waste plastic are not generated.However, if the target product is actual waste plastic and gas products are not separated, It is clear that troubles such as piping blockage, thinning, and corrosion occur.

・発明例5〜13
発明例4と同様の設備において、シフト反応器に供給するスチーム流量を種々変化させたこと、並びにポリエチレンの改質反応温度を800℃と500℃の2水準とした以外は発明例4と同様にして、転炉ガスのシフト反応とシフト反応生成ガスによるポリエチレンの改質反応実験を行った。その結果を表2と図7〜図11に示す。
-Invention Examples 5-13
In the same equipment as Invention Example 4, except that the steam flow rate supplied to the shift reactor was changed variously and the reforming reaction temperature of polyethylene was set at two levels of 800 ° C. and 500 ° C., the same as in Invention Example 4. Then, experiments were conducted on the shift reaction of converter gas and the reforming reaction of polyethylene using the shift reaction product gas. The results are shown in Table 2 and FIGS.

図7は、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質(反応温度:800℃)におけるガス化率および液化率との関係を示したものである。ここで、ガス化率とは、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量(kg/h)に対する気体生成物の生成量(kg/h)の割合であり、気体生成物の定義は表1に示すようにHからC4までの炭化水素とした。同様に、液化率とは、供給したシフト反応生成ガスとポリエチレンの合計量(kg/h)に対する液体生成物の生成量(kg/h)の割合であり、液体生成物の定義は表1に示すようにC5からC24までの炭化水素とした。図8は、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質(反応温度:800℃)で得られた気体生成物および液体生成物のLHVとの関係を示したものである。ここで、液体生成物のLHVは、液体生成物の気体換算の標準状態における体積当たりのLHVで表した。図9は、シフト反応生成ガスの水蒸気濃度と、ポリエチレンの改質によるポリエチレン分解率との関係を示したもので、特に、反応温度500℃と800℃においてポリエチレン分解率が同等であることを示したものである。図10は、シフト反応生成ガスの炭酸ガス濃度と、ポリエチレンの改質(反応温度:800℃)で得られた気体生成物の水素濃度との関係を示したものである。図11は、シフト反応生成ガスの水素濃度と、ポリエチレンの改質(反応温度:500℃)で得られた気体生成物の炭酸ガス濃度との関係を示したものである。
発明例4と同様の条件で、表2の気体生成物及び液体生成物から水素を製造した。水蒸気の添加量を気体生成物及び液体生成物の組成に応じて調整した結果、煤の生成や圧縮機・配管の閉塞などのトラブルは全くなく、何ら問題なく水素を製造することができた。
FIG. 7 shows the relationship between the water vapor concentration of the shift reaction product gas and the gasification rate and liquefaction rate in the reforming of polyethylene (reaction temperature: 800 ° C.). Here, the gasification rate is a ratio of the production amount (kg / h) of the gas product to the total amount (kg / h) of the supplied shift reaction product gas and polyethylene, and the definition of the gas product is shown in Table 1. It was hydrocarbons from H 2 to C4 as shown in. Similarly, the liquefaction rate is a ratio of the production amount (kg / h) of the liquid product to the total amount (kg / h) of the supplied shift reaction product gas and polyethylene, and the definition of the liquid product is shown in Table 1. As shown, C5 to C24 hydrocarbons were used. FIG. 8 shows the relationship between the water vapor concentration of the shift reaction product gas and the LHV of the gas product and liquid product obtained by the modification of polyethylene (reaction temperature: 800 ° C.). Here, the LHV of the liquid product was expressed as LHV per volume in the standard state in terms of gas of the liquid product. FIG. 9 shows the relationship between the water vapor concentration of the shift reaction product gas and the polyethylene decomposition rate due to the modification of polyethylene. In particular, it shows that the polyethylene decomposition rate is equivalent at reaction temperatures of 500 ° C. and 800 ° C. It is a thing. FIG. 10 shows the relationship between the carbon dioxide concentration of the shift reaction product gas and the hydrogen concentration of the gas product obtained by the reforming of polyethylene (reaction temperature: 800 ° C.). FIG. 11 shows the relationship between the hydrogen concentration of the shift reaction product gas and the carbon dioxide concentration of the gas product obtained by the reforming of polyethylene (reaction temperature: 500 ° C.).
Hydrogen was produced from the gas product and liquid product shown in Table 2 under the same conditions as in Invention Example 4. As a result of adjusting the amount of water vapor added according to the composition of the gas product and the liquid product, there was no trouble such as soot formation or compressor / piping blockage, and hydrogen could be produced without any problems.

Figure 2013209279
Figure 2013209279

・発明例14
図4に示す設備を用いて、冶金炉発生排ガスのシフト反応と有機物質の改質化を行った。この設備は、底部にガス分散板200を有する縦型の改質反応器2(内容積:約3m)を備えており、この改質反応器2内には、最下層に粒状に破砕処理したポリエチレンaを880kg充填し、その上部に金属製の網b(10メッシュ)を乗せ、さらにその上部にNi触媒c(Ni担持率:10質量%、担体:α−Al)を800kg充填した。シフト反応器1で生成したシフト反応生成ガスは改質反応器2の底部に導入され、ガス分散板200を通じて反応器内に供給され、反応器内を上昇する。改質生成物は改質反応器2の上部から排出され、液体生成物捕集器6にて気体生成物と液体生成物に分離される。分離された気体生成物はガス冷却器7で冷却される。なお、転炉ガスを一時貯留するガスホルダーからシフト反応器1に至るまでの設備構成は、発明例4と同様とした。
Invention Example 14
Using the equipment shown in FIG. 4, the shift reaction of the exhaust gas generated from the metallurgical furnace and the reforming of the organic substance were performed. This equipment is provided with a vertical reforming reactor 2 (internal volume: about 3 m 3 ) having a gas dispersion plate 200 at the bottom. Was filled with 880 kg of polyethylene a, and a metal net b (10 mesh) was placed on the top, and further Ni catalyst c (Ni loading: 10% by mass, support: α-Al 2 O 3 ) was 800 kg on the top. Filled. The shift reaction product gas generated in the shift reactor 1 is introduced into the bottom of the reforming reactor 2, and is supplied into the reactor through the gas dispersion plate 200, and rises in the reactor. The reformed product is discharged from the upper part of the reforming reactor 2 and separated into a gas product and a liquid product by the liquid product collector 6. The separated gas product is cooled by the gas cooler 7. The equipment configuration from the gas holder for temporarily storing the converter gas to the shift reactor 1 was the same as that of Invention Example 4.

以上のような設備を用い、改質反応器2での計画反応温度を750℃とした以外は、発明例4と同様の条件(転炉ガス組成、シフト反応生成ガスを得るまでの条件、シフト反応生成ガス組成・温度・流量など)にしてポリエチレンの改質反応実験を行った。
気体生成物と液体生成物の生成量と組成などを、発明例4と同様の方法で求めた。その結果を表3に示す。発明例4とほぼ同等の反応結果であり、改質反応器2での反応温度を750℃と、発明例4よりも50℃低くできたのは触媒添加の効果であると考えられる。
発明例4と同様の条件で気体生成物から水素を製造した。発明例4と同様、煤の生成や圧縮機・配管の閉塞などのトラブルは全く無く、何ら問題なく水素を製造することができた。
Except for using the above equipment and setting the planned reaction temperature in the reforming reactor 2 to 750 ° C., the same conditions as in Invention Example 4 (conditions for obtaining the converter gas composition, shift reaction product gas, shift The reaction reaction gas composition, temperature, flow rate, etc.) were used to conduct experiments on the reforming of polyethylene.
The production amount and composition of the gas product and the liquid product were determined in the same manner as in Invention Example 4. The results are shown in Table 3. The reaction results are almost the same as those of Invention Example 4, and the reaction temperature in the reforming reactor 2 is 750 ° C., which is 50 ° C. lower than that of Invention Example 4, which is considered to be due to the effect of catalyst addition.
Hydrogen was produced from the gaseous product under the same conditions as in Invention Example 4. Similar to Invention Example 4, there were no troubles such as soot formation or compressor / piping blockage, and hydrogen could be produced without any problems.

Figure 2013209279
Figure 2013209279

・発明例15
一酸化炭素を含有する冶金炉発生排ガスとして高炉ガスを用いた。高炉ガスの脱硫・乾燥処理後の組成は、H:3vol%、CO:23vol%、CO:21vol%、N:53vol%であったので、以下に述べるPSA法によって窒素分離を行い、一酸化炭素の濃度を高めた。
PSA法による窒素分離では、吸着剤としてCu担持活性炭を400kg充填した吸着塔に、上記高炉ガスを常圧で136Nm/h供給した。脱着は7kPa(絶対圧)で行い、脱着ガス(=一酸化炭素を濃縮した高炉ガス)の組成はH:<1vol%、CO:47vol%、CO:37vol%、N:16vol%、流量は58Nm/hであった。この一酸化炭素を濃縮した高炉ガス58Nm/hと水蒸気として圧力10kg/cmGのスチーム73Nm/hをスチーム混合器に供給し、発明例4と同様にしてシフト反応を行った。その結果、ガス組成がH:19vol%、CO:2vol%、CO:35vol%、HO:37vol%、N:7vol%のガス(シフト反応生成ガス)が得られた。
-Invention Example 15
Blast furnace gas was used as an exhaust gas generated from a metallurgical furnace containing carbon monoxide. The composition of the blast furnace gas after desulfurization / drying treatment was H 2 : 3 vol%, CO: 23 vol%, CO 2 : 21 vol%, N 2 : 53 vol%, so that nitrogen separation was performed by the PSA method described below, Increased concentration of carbon monoxide.
In nitrogen separation by the PSA method, the above blast furnace gas was supplied at 136 Nm 3 / h at normal pressure to an adsorption tower packed with 400 kg of Cu + supported activated carbon as an adsorbent. Desorption is performed at 7 kPa (absolute pressure), and the composition of the desorption gas (= blast furnace gas enriched with carbon monoxide) is H 2 : <1 vol%, CO: 47 vol%, CO 2 : 37 vol%, N 2 : 16 vol%, The flow rate was 58 Nm 3 / h. The carbon monoxide and steam 73 nm 3 / h a pressure 10 kg / cm 2 G was supplied to the steam mixer as blast furnace gas 58 nm 3 / h and steam were concentrated and subjected to a shift reaction in the same manner as in Invention Example 4. As a result, a gas (shift reaction product gas) having a gas composition of H 2 : 19 vol%, CO: 2 vol%, CO 2 : 35 vol%, H 2 O: 37 vol%, and N 2 : 7 vol% was obtained.

このシフト反応生成ガスは、流量が130Nm/h(質量流量では146kg/h)、反応器出口ガス温度が430℃であった。このシフト反応生成ガスを用いたことと、改質反応温度を600℃とした以外は発明例4と同様にしてポリエチレンの改質反応を行った。反応結果は、気体生成物の生成量280kg/h、液体生成物の生成量590kg/h、ポリエチレン分解率85%、気体生成物のLHV7.3Mcal/Nmとなり、一酸化炭素を濃縮した高炉ガスからも高効率で反応が進行することを確認できた。また、高炉ガスのLHVは770kcal/Nmなので、9倍以上の燃焼熱のガスを得ることができた。
発明例4と同様の条件で気体生成物から水素を製造した。発明例4と同様、煤の生成や圧縮機・配管の閉塞などのトラブルは全く無く、何ら問題なく水素を製造することができた。
This shift reaction product gas had a flow rate of 130 Nm 3 / h (146 kg / h in mass flow rate) and a reactor outlet gas temperature of 430 ° C. A polyethylene reforming reaction was carried out in the same manner as in Invention Example 4 except that this shift reaction product gas was used and the reforming reaction temperature was set to 600 ° C. The reaction results are 280 kg / h of gas product, 590 kg / h of liquid product, 85% polyethylene decomposition rate, LHV 7.3 Mcal / Nm 3 of gas product, and blast furnace gas enriched with carbon monoxide It was confirmed that the reaction proceeded with high efficiency. Moreover, since the LHV of the blast furnace gas is 770 kcal / Nm 3 , it was possible to obtain a gas with 9 times or more combustion heat.
Hydrogen was produced from the gaseous product under the same conditions as in Invention Example 4. Similar to Invention Example 4, there were no troubles such as soot formation or compressor / piping blockage, and hydrogen could be produced without any problems.

・比較例1
水蒸気と水素濃度がともに低いガスによるポリエチレンの改質反応効率を調べるために、H:1vol%、CO:61vol%、CO:19vol%、HO:1vol%、N:18vol%なる組成の標準ガスを作り、このガスによりポリエチレンの改質反応実験を行った。その結果、温度800℃においてもポリエチレン分解率は16%、ガス化率10%、液化率5%に過ぎず、低分子化はほとんど進行しなかった。
Comparative example 1
In order to examine the reforming reaction efficiency of polyethylene with a gas having a low water vapor and hydrogen concentration, H 2 : 1 vol%, CO: 61 vol%, CO 2 : 19 vol%, H 2 O: 1 vol%, N 2 : 18 vol% A standard gas of composition was made, and a polyethylene reforming reaction experiment was conducted with this gas. As a result, even at a temperature of 800 ° C., the polyethylene degradation rate was only 16%, the gasification rate was 10%, and the liquefaction rate was only 5%.

[実施例3]
・発明例16
転炉ガスを一時貯留するガスホルダーのガス払出し配管にラボ試験用の分岐管を設け、この分岐管を通じて小流量の転炉ガスを抜き出すことができるようにした。この分岐管の下流側には流量調節弁、スチーム混合器、予熱器(転炉ガスとスチームの混合ガス用)、固定床シフト反応器(内径30mm)、外熱式流動層反応器(内径44mm)を、この順に配置した。シフト反応生成ガスの全量を前記流動層反応器底部から供給できるように配管を接続し、流動層反応器上部から反応器内に廃プラスチックを落下させることができるようにサークルフィーダー方式の定量投入装置を設置した。流動層反応器の上部から一段目集塵機としてのサイクロン、二段目集塵機としてのガスフィルター、ガス冷却器を経由して、生成物サンプリングポートを接続した。なお、サイクロンのディプレッグは流動層反応器内部に挿入していないので、この実施例では流動媒体(触媒)の循環は行っていない。
[Example 3]
Invention Example 16
A branch pipe for a laboratory test is provided in the gas discharge pipe of the gas holder for temporarily storing the converter gas, and a small flow rate of the converter gas can be extracted through the branch pipe. Downstream of this branch pipe are a flow control valve, a steam mixer, a preheater (for mixed gas of converter gas and steam), a fixed bed shift reactor (inner diameter 30 mm), and an externally heated fluidized bed reactor (inner diameter 44 mm). ) Were arranged in this order. Piping is connected so that the total amount of shift reaction product gas can be supplied from the bottom of the fluidized bed reactor, and a circle feeder type quantitative charging device is provided so that waste plastic can be dropped into the reactor from the top of the fluidized bed reactor. Was installed. From the upper part of the fluidized bed reactor, a product sampling port was connected via a cyclone as a first stage dust collector, a gas filter as a second stage dust collector, and a gas cooler. Since the cyclone dipleg is not inserted into the fluidized bed reactor, the fluid medium (catalyst) is not circulated in this embodiment.

ガスホルダー中の転炉ガスの平均組成は、H:12vol%、CO:54vol%、CO:17vol%、HO:1vol%、N:16vol%であった。スチーム混合器に対して転炉ガスを74NL/h、水蒸気として圧力10kg/cmGのスチームを100NL/h供給し、予熱器で320℃まで昇温した後、シフト反応器(Fe−Cr系高温シフト触媒充填)に導入した。シフト反応器でのシフト反応によって、ガス組成がH:26vol%、CO:2vol%、CO:28vol%、HO:37vol%、N:7vol%のガス(シフト反応生成ガス)が得られた。このシフト反応生成ガスは、流量が172NL/h(質量流量では170g/h)、反応器出口ガス温度が430℃であった。
有機物質を低分子化する改質反応器である外熱式流動層反応器の下部にはガス分散板が設けられており、ガス分散板の上部に流動媒体(触媒)として、脱炭吹錬で発生した転炉ダスト粗粒(T−Fe:80質量%、平均粒径:80μm、真密度:5.9g/cm、嵩密度2.9g/cm、Al含有率0.38質量%)を1kg装入した後、窒素ガスを50NL/h供給して転炉ダストを流動化させた。流動層高は約280mm(Lf/D=6.4)であった。
The average composition of the converter gas in the gas holder, H 2: 12vol%, CO : 54vol%, CO 2: 17vol%, H 2 O: 1vol%, N 2: was 16 vol%. The steam mixer was supplied with 74 NL / h of the converter gas and 100 NL / h of steam at a pressure of 10 kg / cm 2 G as steam, and the temperature was raised to 320 ° C. with a preheater, and then the shift reactor (Fe-Cr system) High temperature shift catalyst filling). Due to the shift reaction in the shift reactor, gas having a gas composition of H 2 : 26 vol%, CO: 2 vol%, CO 2 : 28 vol%, H 2 O: 37 vol%, N 2 : 7 vol% (shift reaction product gas) Obtained. This shift reaction product gas had a flow rate of 172 NL / h (170 g / h in mass flow rate) and a reactor outlet gas temperature of 430 ° C.
A gas dispersion plate is installed in the lower part of the externally heated fluidized bed reactor, which is a reforming reactor for reducing the molecular weight of organic substances, and decarburization blown as a fluidized medium (catalyst) above the gas dispersion plate. Converter dust coarse particles generated in (T-Fe: 80% by mass, average particle size: 80 μm, true density: 5.9 g / cm 3 , bulk density 2.9 g / cm 3 , Al 2 O 3 content 0. After charging 1 kg of 38 mass%), nitrogen gas was supplied at 50 NL / h to fluidize the converter dust. The fluidized bed height was about 280 mm (Lf / D = 6.4).

次に、流動層反応器の設定温度を800℃として加熱した後、流動化ガスを窒素からシフト反応生成ガスに切替えた(流量:172NL/h、800℃における流速:0.12m/sec)。次いで、ポリエチレンにAl(灰分モデル物質)を3.3質量%混合したモデル廃プラスチックを粒径4mm、嵩密度0.4g/cmに成型したものを910g/h(ポリエチレン分として880g/h、Al分として30g/h)で供給した。ガス冷却器による冷却後のガスを分析したところ、CO:63vol%、N:5vol%、CH:6vol%、C:3vol%、C:7.5vol%、C10:15.5vol%の組成のガスが260NL/h生成していた。これは質量流量に換算すると380g/hであるので、ガス化率は37質量%であった。 Next, after heating the fluidized bed reactor at a set temperature of 800 ° C., the fluidizing gas was switched from nitrogen to the shift reaction product gas (flow rate: 172 NL / h, flow rate at 800 ° C .: 0.12 m / sec). Next, a model waste plastic obtained by mixing 3.3% by mass of Al 2 O 3 (ash model material) with polyethylene into a particle size of 4 mm and a bulk density of 0.4 g / cm 3 is 910 g / h (880 g as polyethylene content) / H, Al 2 O 3 minutes at 30 g / h). Analysis of the gas after cooling by the gas cooler, CO: 63vol%, N 2 : 5vol%, CH 4: 6vol%, C 2 H 6: 3vol%, C 3 H 8: 7.5vol%, C 4 A gas having a composition of H 10 : 15.5 vol% was generated at 260 NL / h. Since this is 380 g / h in terms of mass flow rate, the gasification rate was 37% by mass.

有機物質を低分子化する流動層反応器の下流に竪型の水蒸気改質反応器を設置し、この水蒸気改質反応器に前述のポリエチレン低分子化反応で生成した気体生成物全量(260NL/h)と水蒸気改質用水蒸気として圧力10kg/cmGのスチームを400g/h(水蒸気改質量論水量の2倍)供給し、水蒸気改質反応を行った。なお、反応器外側に取り付けたヒーターによって、反応器出口温度を700℃に維持した。その結果、乾燥状態基準でH:56vol%、CO:39vol%、CO:3vol%、N:2vol%である組成のガスが1010NL/h生成した。したがって、水蒸気改質反応によってHが570NL/h生成したことになる。本発明例では水蒸気改質反応後のシフト反応(Hを製造するためのシフト反応)は省略したが、同シフト反応によって390NL/hのHが生成するので、製造可能なH量は960NL/hと計算される。 A vertical steam reforming reactor is installed downstream of the fluidized bed reactor for reducing the molecular weight of the organic substance, and the total amount of gas products (260 NL / h) and steam at a pressure of 10 kg / cm 2 G were supplied as steam for steam reforming at 400 g / h (twice the stoichiometric amount of steam reforming) to perform a steam reforming reaction. The reactor outlet temperature was maintained at 700 ° C. by a heater attached outside the reactor. As a result, 1010 NL / h of a gas having a composition of H 2 : 56 vol%, CO: 39 vol%, CO 2 : 3 vol%, and N 2 : 2 vol% on a dry state basis was generated. Therefore, H 2 was generated at 570 NL / h by the steam reforming reaction. In the present invention example, the shift reaction after the steam reforming reaction (shift reaction for producing H 2 ) is omitted, but 390 NL / h of H 2 is generated by the shift reaction, so the amount of H 2 that can be produced is Calculated as 960 NL / h.

なお、流動層反応器でのポリエチレンの低分子化反応において、定量的ではないが、未反応ポリエチレンなどの固体残渣は認められなかった。また、低分子化反応継続中において、ポリエチレンの融着や閉塞などのトラブルは皆無であった。実験終了後、流動層反応器を分解して内部を観察したが、炭化物の生成も認められず、流動層によって安定した低分子化反応が行えることが確認できた。実験終了後にサイクロンのディプレッグから回収された固体は約20gであった。回収された固体を分析したところ、Al含有率は0.42質量%(Al量として0.084g)であった。一方、二段目集塵機であるガスフィルターに捕集された固体は約26gであった。捕集した固体を分析したところ、Al含有率は99.6質量%(Al量として25.9g)であり、Fe分は検出限界以下であった。実験誤差を考えると、モデル灰分であるAlと流動媒体(粗粒ダスト)はほぼ完全に分離されたと考えられる。 In addition, although not quantitative, solid residues such as unreacted polyethylene were not observed in the molecular weight reduction reaction of polyethylene in the fluidized bed reactor. Moreover, there were no troubles such as fusion and blockage of polyethylene during the low molecular weight reaction. After the experiment was completed, the fluidized bed reactor was disassembled and the inside was observed, but formation of carbide was not observed, and it was confirmed that stable fluidization reaction could be performed by the fluidized bed. About 20 g of solid was recovered from the cyclone dipleg at the end of the experiment. When the recovered solid was analyzed, the Al 2 O 3 content was 0.42% by mass (0.084 g as the amount of Al 2 O 3 ). On the other hand, the solid collected by the gas filter which is a 2nd stage dust collector was about 26g. When the collected solid was analyzed, the Al 2 O 3 content was 99.6% by mass (25.9 g as the amount of Al 2 O 3 ), and the Fe content was below the detection limit. Considering experimental errors, it is considered that Al 2 O 3 which is a model ash and fluid medium (coarse dust) are almost completely separated.

・発明例17
有機物質を低分子化する流動層反応器の下流に設置した水蒸気改質反応器に供給するポリエチレン低分子化反応生成物を液体生成物とし、水蒸気改質用水蒸気を2100g/h(水蒸気改質量論水量の2倍)とした以外は発明例16と同様にして水蒸気改質反応を行った。なお、供給した液体生成物の組成はC5からC8の炭化水素が62mol%、C9からC24の炭化水素が37mol%の炭化水素混合物であり、流量は650g/hであった。水蒸気改質反応の結果、H製造量は2500NL/hであった。
Invention Example 17
A polyethylene low molecular weight reaction product supplied to a steam reforming reactor installed downstream of a fluidized bed reactor for reducing the molecular weight of an organic substance is a liquid product, and steam for steam reforming is 2100 g / h (steam reforming amount). A steam reforming reaction was carried out in the same manner as in Invention Example 16 except that the amount was twice the stoichiometric amount. The composition of the supplied liquid product was a hydrocarbon mixture of 62 mol% C5 to C8 hydrocarbons and 37 mol% C9 to C24 hydrocarbons, and the flow rate was 650 g / h. As a result of the steam reforming reaction, the production amount of H 2 was 2500 NL / h.

・参考例1
高炉ダスト(T−Fe:45質量%、Al含有率:2質量%、真密度:3g/cm、平均粒径:400μm)を流動媒体(触媒)とした以外は発明例16と同様にして、Al含有ポリエチレンの低分子化反応試験を行った。
低分子化反応試験の結果、流動状態、ポリエチレンの融着や閉塞などは発明例16と同様、何ら問題なかったが、流動媒体の真密度が低いため、サイクロンから回収された固体は僅かであり、ほとんどの固体(高炉ダストとモデル灰分であるAl)はガスフィルターで捕集されており、モデル灰分と高炉ダストはほとんど分離できなかった。
・ Reference Example 1
Invention Example 16 except that blast furnace dust (T-Fe: 45 mass%, Al 2 O 3 content: 2 mass%, true density: 3 g / cm 3 , average particle size: 400 μm) was used as a fluid medium (catalyst) Similarly, a molecular weight reduction reaction test of Al 2 O 3 -containing polyethylene was performed.
As a result of the low molecular weight reaction test, there was no problem with the fluidized state, polyethylene fusion and clogging as in Example 16, but the solid density recovered from the cyclone was very small because the true density of the fluidized medium was low. Most solids (Al 2 O 3 which is blast furnace dust and model ash) were collected by a gas filter, and model ash and blast furnace dust could hardly be separated.

1 シフト反応器
2 改質反応器
3 水蒸気改質反応器
4 改質反応器
5 シフト反応器
6 液体生成物捕集器
7 ガス冷却器
8 圧縮機
9 熱交換器
10 熱交換器
11 セパレータ
12 圧縮機
13 冷却器
14 ガス分離装置
15,16 ガスライン
17 水蒸気供給ライン
20 流動層反応器
21 排出管
22a 1次集塵機
22b 2次集塵機
23 流動層
24 返送管
200 ガス分散板
201 ガス分散板
202 風箱部
a プラスチック(又はポリエチレン)
b 網
c 触媒(又はNi触媒)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shift reactor 2 Reformer reactor 3 Steam reformer reactor 4 Reformer reactor 5 Shift reactor 6 Liquid product collector 7 Gas cooler 8 Compressor 9 Heat exchanger 10 Heat exchanger 11 Separator 12 Compression Machine 13 Cooler 14 Gas separator 15, 16 Gas line 17 Steam supply line 20 Fluidized bed reactor 21 Discharge pipe 22a Primary dust collector 22b Secondary dust collector 23 Fluidized bed 24 Return pipe 200 Gas dispersion plate 201 Gas dispersion plate 202 Wind box Part a Plastic (or polyethylene)
b network c catalyst (or Ni catalyst)

Claims (22)

有機物質を改質して水素を製造するにあたり、冶金炉で発生した一酸化炭素を含有する排ガス(g)に過剰の水蒸気を添加してシフト反応を行わせることで、シフト反応で生成した水素及び炭酸ガスと、シフト反応に消費されなかった水蒸気とを含む混合ガス(g)とし、この混合ガス(g)を有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせ、該改質反応により生じた生成物を水蒸気改質することにより水素を生成させることを特徴とする水素の製造方法。 In producing hydrogen by reforming organic substances, it was generated by shift reaction by adding excess water vapor to exhaust gas (g 0 ) containing carbon monoxide generated in metallurgical furnace to cause shift reaction. A mixed gas (g) containing hydrogen and carbon dioxide gas and water vapor that has not been consumed in the shift reaction is brought into contact with the organic substance to modify the organic substance to lower the molecular weight. A method for producing hydrogen, characterized in that hydrogen is produced by causing a reaction and steam reforming a product produced by the reforming reaction. 混合ガス(g)は、水蒸気濃度が5〜70vol%であることを特徴とする請求項1に記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein the mixed gas (g) has a water vapor concentration of 5 to 70 vol%. 混合ガス(g)は、水素濃度が5vol%以上、炭酸ガス濃度が5vol%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1 or 2, wherein the mixed gas (g) has a hydrogen concentration of 5 vol% or more and a carbon dioxide gas concentration of 5 vol% or more. 排ガス(g)は、一酸化炭素濃度が25〜80vol%、二酸化炭素濃度が10〜25vol%、窒素濃度が10〜30vol%、水素濃度が0〜20vol%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水素の製造方法。 The exhaust gas (g 0 ) has a carbon monoxide concentration of 25 to 80 vol%, a carbon dioxide concentration of 10 to 25 vol%, a nitrogen concentration of 10 to 30 vol%, and a hydrogen concentration of 0 to 20 vol%. The manufacturing method of hydrogen in any one of 1-3. 有機物質の改質反応により生じた生成物を水蒸気改質した後、さらにシフト反応を行わせることにより水素を生成させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 4, wherein the product produced by the reforming reaction of the organic substance is subjected to steam reforming, and then hydrogen is generated by further performing a shift reaction. . 水蒸気改質で生成したガスを冷却した後、水蒸気又は/及び水を添加してシフト反応を行うことを特徴とする請求項5に記載の水素の製造方法。   6. The method for producing hydrogen according to claim 5, wherein the shift reaction is performed by adding steam or / and water after cooling the gas generated by steam reforming. 有機物質の改質反応により生じた生成物から気体生成物を分離し、該気体生成物を水蒸気改質することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 6, wherein a gas product is separated from a product generated by a reforming reaction of an organic substance, and the gas product is steam reformed. 有機物質の改質反応により生じた生成物から液体生成物を分離し、該液体生成物を水蒸気改質することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 1, wherein a liquid product is separated from a product generated by a reforming reaction of an organic substance, and the liquid product is steam reformed. 有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を別々の反応器内で行い、有機物質の改質反応により生じた生成物に水蒸気を添加して水蒸気改質を行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の水素の製造方法。   The reforming reaction of the organic substance and the steam reforming of the product generated by this reforming reaction are performed in separate reactors, and steam reforming is performed by adding steam to the product generated by the reforming reaction of the organic substance. The method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 8, wherein: 水蒸気改質に必要な水蒸気を含有し若しくは該水蒸気を添加した混合ガス(g)を用い、有機物質の改質反応と、この改質反応により生じた生成物の水蒸気改質を一つの反応器内で行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の水素の製造方法。   Using a mixed gas (g) containing or added with steam necessary for steam reforming, a reactor for reforming an organic substance and steam reforming a product generated by the reforming reaction The method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 6, wherein the method is carried out in the interior. 混合ガス(g)は、水蒸気濃度が20〜70vol%、水素濃度が10〜40vol%、炭酸ガス濃度が10〜40vol%であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の水素の製造方法。   11. The hydrogen according to claim 1, wherein the mixed gas (g) has a water vapor concentration of 20 to 70 vol%, a hydrogen concentration of 10 to 40 vol%, and a carbon dioxide concentration of 10 to 40 vol%. Manufacturing method. 排ガス(g)に対して過剰に添加する水蒸気の過剰割合を調整することにより、混合ガス(g)のガス組成を制御することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の水素の製造方法。 The hydrogen composition according to any one of claims 1 to 11, wherein the gas composition of the mixed gas (g) is controlled by adjusting an excess ratio of water vapor added excessively to the exhaust gas (g 0 ). Manufacturing method. 流動層において混合ガス(g)を有機物質に接触させることにより、有機物質を改質して低分子化する反応を生じさせることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の水素の製造方法。   The mixed gas (g) is brought into contact with an organic substance in a fluidized bed, thereby causing a reaction for reforming the organic substance to lower its molecular weight. Production method. 真密度が4〜8g/cmであって、Fe、Ni、Crの中から選ばれる少なくとも1種を含有する粉粒体(f)を少なくとも流動媒体の一部とする流動層を用いることを特徴とする請求項13に記載の水素の製造方法。 Use of a fluidized bed having a true density of 4 to 8 g / cm 3 and having a granular material (f) containing at least one selected from Fe, Ni, and Cr as at least a part of the fluidized medium. The method for producing hydrogen according to claim 13, characterized in that: 粉粒体(f)の少なくとも一部が、製鋼工程で発生する鉄含有ダストであることを特徴とする請求項14に記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to claim 14, wherein at least a part of the granular material (f) is iron-containing dust generated in a steelmaking process. 流動層から排出されるガス(g)を集塵機に通して、ガス(g)に含まれる流動媒体を捕集し、この捕集された流動媒体を流動層に循環させることを特徴とする請求項14又は15に記載の水素の製造方法。 The gas (g p ) discharged from the fluidized bed is passed through a dust collector, the fluid medium contained in the gas (g p ) is collected, and the collected fluid medium is circulated through the fluidized bed. The method for producing hydrogen according to claim 14 or 15. 排ガス(g)が、冶金炉で発生した一酸化炭素と窒素を含有する排ガスから窒素の少なくとも一部を分離することで一酸化炭素濃度を高めた排ガスであることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の水素の製造方法。 The exhaust gas (g 0 ) is an exhaust gas having a carbon monoxide concentration increased by separating at least a part of nitrogen from exhaust gas containing carbon monoxide and nitrogen generated in a metallurgical furnace. The manufacturing method of hydrogen in any one of -16. 水蒸気改質で生成したガス及び/又は水蒸気改質後のシフト反応で生成したガスから熱回収を行い、回収された熱を、水蒸気改質用の水蒸気及び/又はシフト反応用の水蒸気を生成するための熱源として用いることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の水素の製造方法。   Heat recovery is performed from the gas generated by steam reforming and / or the gas generated by the shift reaction after steam reforming, and steam recovered for steam reforming and / or steam for shift reaction is generated from the recovered heat. It uses as a heat source for this, The manufacturing method of hydrogen in any one of Claims 1-17 characterized by the above-mentioned. 水蒸気改質又はその後のシフト反応で得られたガスから水素を分離した後のオフガス、及び/又は、有機物質の改質により生成した気体生成物の一部を、水蒸気改質反応器の熱源用燃料として用いることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の水素の製造方法。   Part of the gas product produced by reforming the organic substance and off-gas after separating hydrogen from the gas obtained by steam reforming or the subsequent shift reaction is used as a heat source for the steam reforming reactor. It uses as a fuel, The manufacturing method of hydrogen in any one of Claims 1-18 characterized by the above-mentioned. 改質される有機物質が、プラスチック、含油スラッジ、廃油、バイオマスの中から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の水素の製造方法。   The method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 19, wherein the organic substance to be reformed is at least one selected from plastic, oil-containing sludge, waste oil, and biomass. 請求項1〜20のいずれかに記載の水素の製造方法により得られた水素を高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉の操業方法。   A method for operating a blast furnace, wherein hydrogen obtained by the method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 20 is blown into a blast furnace. 請求項1〜20のいずれかに記載の水素の製造方法により得られた水素を、製鉄所内で原料ガス、還元剤、燃料のうちの1つ以上として利用することを特徴とする製鉄所の操業方法。   The operation of a steel mill, wherein the hydrogen obtained by the method for producing hydrogen according to any one of claims 1 to 20 is used as one or more of a raw material gas, a reducing agent, and a fuel in the steel mill. Method.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016118325A (en) * 2014-12-19 2016-06-30 Jfeスチール株式会社 Treatment for reducing molecular weight of organic substance, and waste treatment method
JP2017043666A (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Jfeスチール株式会社 Method for reducing molecular weight of organic material and molecular weight reducing facility
JP2020105056A (en) * 2018-12-27 2020-07-09 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production apparatus
JP2021152211A (en) * 2020-03-23 2021-09-30 Jfeスチール株式会社 Blast furnace operation method and blast furnace incidental facility
JP2021152212A (en) * 2020-03-23 2021-09-30 Jfeスチール株式会社 Blast furnace operation method and blast furnace incidental facility
WO2023136684A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 에스케이가스 주식회사 Method for producing dry hydrogen from sludge
WO2023136685A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 에스케이가스 주식회사 Dry hydrogen production apparatus and method

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103708417B (en) * 2013-12-16 2016-01-13 清华大学 A kind of method and device utilizing high-temperature vapor gasified bio-matter hydrogen making
JP6070580B2 (en) * 2014-01-14 2017-02-01 Jfeスチール株式会社 Method and system for reducing the molecular weight of organic substances
JP5999115B2 (en) * 2014-01-14 2016-09-28 Jfeスチール株式会社 Method and system for reducing the molecular weight of organic substances
JP2015196815A (en) * 2014-04-03 2015-11-09 Jfeスチール株式会社 Method for utilizing biomass
JP6210157B2 (en) * 2015-03-16 2017-10-11 Jfeスチール株式会社 Catalyst for decomposing organic substances, method for producing the same, and method for reducing the molecular weight of organic substances
JP6248987B2 (en) * 2015-07-03 2017-12-20 Jfeスチール株式会社 Method for reducing the molecular weight of organic substances
JP2018053053A (en) * 2016-09-28 2018-04-05 Jfeスチール株式会社 Gasification method of carbonaceous fuel, operation method of iron mill and manufacturing method of gasification gas
CN108609583B (en) * 2018-05-29 2019-12-17 四川天采科技有限责任公司 LED-MOCVD process full-temperature-range pressure swing adsorption hydrogen production recycling method for high-concentration ammonia-containing tail gas
CN108744882B (en) * 2018-05-29 2021-02-26 浙江天采云集科技股份有限公司 Method for recycling waste gas in LED-MOCVD process through full-temperature-range pressure swing adsorption ammonia extraction
IT201900008277A1 (en) * 2019-06-06 2020-12-06 Amec Foster Wheeler Italiana S R L HYDROGEN PRODUCTION PROCESS
CN116023963B (en) * 2021-10-27 2024-08-09 中国石油化工股份有限公司 Feeding system and feeding method matched with oil-plastic co-smelting and oil-plastic co-pyrolysis process
CN114262619B (en) * 2022-01-06 2022-09-06 大连理工大学 Device and method for preparing high-content straight-chain alkane product by low-consumption pyrolysis of modified dust and mud compatible oily sludge

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3404957A (en) * 1966-04-20 1968-10-08 Combustion Eng Ammonia synthesis
JPS56108816A (en) * 1980-02-02 1981-08-28 Nippon Steel Corp Conversion recovery method of exhaust gas of refining furnace
JP2000283658A (en) * 1999-03-30 2000-10-13 Kawasaki Steel Corp Method and apparatus for utilizing converter gas
JP2005060182A (en) * 2003-08-18 2005-03-10 Shikoku Electric Power Co Inc Method for producing hydrogen, and hydrogen production device used therefor
JP2010255087A (en) * 2008-05-16 2010-11-11 Jfe Steel Corp Method for reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace, reforming apparatus and method for producing reformed gas

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101425084B1 (en) * 2007-08-01 2014-08-01 나가주나 에너지 프라이빗 리미티드 A process for producing small molecular weight organic compounds from carbonaceous material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3404957A (en) * 1966-04-20 1968-10-08 Combustion Eng Ammonia synthesis
JPS56108816A (en) * 1980-02-02 1981-08-28 Nippon Steel Corp Conversion recovery method of exhaust gas of refining furnace
JP2000283658A (en) * 1999-03-30 2000-10-13 Kawasaki Steel Corp Method and apparatus for utilizing converter gas
JP2005060182A (en) * 2003-08-18 2005-03-10 Shikoku Electric Power Co Inc Method for producing hydrogen, and hydrogen production device used therefor
JP2010255087A (en) * 2008-05-16 2010-11-11 Jfe Steel Corp Method for reforming exhaust gas generated from metallurgical furnace, reforming apparatus and method for producing reformed gas

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016118325A (en) * 2014-12-19 2016-06-30 Jfeスチール株式会社 Treatment for reducing molecular weight of organic substance, and waste treatment method
JP2017043666A (en) * 2015-08-25 2017-03-02 Jfeスチール株式会社 Method for reducing molecular weight of organic material and molecular weight reducing facility
JP2020105056A (en) * 2018-12-27 2020-07-09 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production apparatus
JP7181080B2 (en) 2018-12-27 2022-11-30 東京瓦斯株式会社 Hydrogen production equipment
JP2021152211A (en) * 2020-03-23 2021-09-30 Jfeスチール株式会社 Blast furnace operation method and blast furnace incidental facility
JP2021152212A (en) * 2020-03-23 2021-09-30 Jfeスチール株式会社 Blast furnace operation method and blast furnace incidental facility
JP7192900B2 (en) 2020-03-23 2022-12-20 Jfeスチール株式会社 Blast Furnace Operation Method and Blast Furnace Incidental Equipment
JP7192901B2 (en) 2020-03-23 2022-12-20 Jfeスチール株式会社 Blast Furnace Operation Method and Blast Furnace Incidental Equipment
WO2023136684A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 에스케이가스 주식회사 Method for producing dry hydrogen from sludge
WO2023136685A1 (en) * 2022-01-14 2023-07-20 에스케이가스 주식회사 Dry hydrogen production apparatus and method

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